TiO2 溶胶-凝胶涂层的实验和计算合成

在溶胶-凝胶涂层的实验形成过程中，胶体分散体经历干燥过程，并且涂层的结构是由于复杂的化学、胶体和毛细管相互作用而形成的。 虽然计算机模拟为调整甚至设计纳米材料合成提供了指导，但涂层结构形成的模拟迄今为止在文献中是未知的。 基于真实实验，我们建立了基于 ReaxFF 反作用力场的分子动力学模拟协议，以研究和确定实验条件对涂层孔隙结构形成的作用。 采用浸涂法在固体基底上制备了厚度为 50 nm、开孔率为 7%、孔径为 2.4 nm 的锐钛矿型 TiO₂ 溶胶-凝胶涂层。 在多孔 TiO₂ 层的计算合成中，通过施加外部压力来解释干燥步骤中存在的毛细管力，并研究它们对涂层孔隙结构的影响。 结果发现，模拟中对应于 10,000 atm 外部压力的 TiO₂ 层结构表现出与实验方法测定的孔隙率相当的孔隙率。 这证明了浸入毛细管力对溶胶-凝胶层形成的影响。 创建的计算机模型使用真实参数准确地描述了层结构，适合通过计算机模拟设计涂层结构。