Super-hydrophilicity of nano-columar TIO2 films : electrochemical study.
Propriétés super-hydrophyles de couches de tio2 nano-colonnaires. Caractérisation par méthodes électrochimiques.
Résumé
Titanium oxide (Ti02) thin films are widely used as self-cleaning materials. lndeed, two phenomenons can be induced by UV exposure of such layers: catalysis and super-hydrophilicity. This latter is defined by the decrease of the contact angle of a water droplet under UV exposure. This work connects the photo-induced super-hydrophilicity and the semi-conducting behaviour of Ti02 layers. The impedance study of two layers having the same physico-chemical characteristics but one being super-hydrophilic under UV exposure and the other not, highlighted some surface states (i.e. states of energy located in the gap) specific to super-hydrophilic layers. Due to Fermi level pinning on the surface states, a potential difference appears in the double layer after UV exposure. The decrease of the contact angle observed under UV exposure can now be explained by the electro-wetting theory. The Fermi level pinning on the surface states adds an electrostatic contribution to the surface free energy of the Ti02 film. The chemical nature of the surface states is still a matter of discussion, but they are consistent with the mechanism of the photo-induced super-hydrophilicity implying the creation under UV exposure of oxygen vacancies.
Les couches d'oxyde de titane (Ti02) sont largement utilisées pour la préparation de matériaux auto-nettoyants. En effet, ce semi-conducteur présente deux propriétés photo-induites : la catalyse et la super-hydrophilie. Cette dernière propriété est définie comme la diminution sous exposition UV de l'angle de contact d'une goutte d'eau déposée à la surface du Ti02. Ce travail a fait le lien entre l'apparition de la super-hydrophilie photo-induite et les propriétés semi-conductrices des couches de Ti02. La caractérisation par impédancemétrie de deux couches ayant des propriétés physico-chimiques identiques mais l'une étant super-hydrophile sous exposition UV et l'autre non, a mis en en évidence la présence d'états de surface (c'est-à-dire des états d'énergie situés dans le gap) spécifiques aux couches super-hydrophiles. Ceux-ci sont responsables de l'ancrage du niveau de Fermi suite à l'exposition UV. Une différence de potentiel apparaît alors dans la double couche, et la diminution d'angle de contact observée sous exposition UV peut être modélisée par la théorie de l'électro-mouillage. Une contribution de nature électro-statique est apportée à l'énergie de surface du fait de l'ancrage du niveau de Fermi dans les états de surface. La nature de ces états de surface n'a pu être déterminée d'un point de vue chimique, mais elle est cohérente avec le mécanisme de la super-hydrophilie photo-induite impliquant des lacunes d'oxygène photo-générés.