Coatings ibridi organici-inorganici ottenuti mediante processo sol-gel e contenenti assorbitori di radiazioni uv

In questo progetto di tesi si è cercato il modo di rendere più efficace la resistenza dei materiali plastici alla fotodegradazione indotta dai raggi ultravioletti, attraverso l’utilizzo di coatings ibridi organici-inorganici preparati utilizzando il processo sol-gel. Tali rivestimenti in grado di migliorare la resistenza superficiale potrebbero essere applicati a diversi materiali ed in particolare ai policarbonati che per le loro eccellenti proprietà di trasparenza vengono molto utilizzati in illuminotecnica ed altre applicazioni per l’esterno. In particolare il lavoro ha riguardato lo studio e l’utilizzo di due assorbitori UV di tipo fenolico, il 2,2’-diidrossi-4-metossibenzofenone e il 2,2’,4,4’-tetraidrossibenzofenone. Si è provato a non collocare semplicemente tali assorbitori all’interno del coating sol-gel ma a legarli covalentemente al network tridimensionale di silani auspicando una migliore resistenza alla fotodegradazione UV-indotta. Il nostro interesse si è concentrato soprattutto sul 2,2’,4,4’-tetraidrossibenzofenone, in quanto abbiamo visto che una sua funzionalizzazione rispetto all’altro assorbitore UV risulta più semplice ed efficace.

Photochromic wool fabric by sol-gel coating

This thesis investigates the possibility of producing photochromic wool fabrics using a silica sol-gel coating method. Silicas made from sol-gel methods are uniquely suited to host photochromic dyes for developing colour-changing wool. The achieved photochromic effects have opened a new product area for fashion effects on wool textiles.

Photochromic wool fabric by sol-gel coating and photochromism

The application of photochromism in textiles has potential to create new opportunities to develop fancy colour-changing effects in fashionable textiles, as well as smart garments capable of protecting wearers from the effects of UV irradiation and responding to environmental changes. This book presents a coating method for achieving quick and obvious photochromic effects on wool fabrics using conventional photochromic dyes and hybrid silicas. It covers details about fabricating different types of photochromic dye-silica coatings, measuring their optical performance, assessing some physical characterisations of the coatings, and measuring the effects of the coatings on fabric performance.

Effect of cerium on structure modifications of a hybrid sol-gel coating, its mechanical properties and anti-corrosion behavior

An organic-inorganic hybrid coating was developed to improve the corrosion resistance of the aluminum alloy AA 2024-T3. Organic and inorganic coatings derived from glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) and aluminum tri-sec-butoxide Al((OBu)-Bu-s)(3), with different cerium contents, were deposited onto aluminum by dip-coating process. Corrosion resistance and mechanical properties were investigated by electrochemical impedance measurements and nano-indentation respectively. An optimal cerium concentration of 0.01 M was evidenced. To correlate and explain the hybrid coating performances in relation to the cerium content, NMR experiments were performed. It has been shown that when the cerium concentration in the hybrid is higher than 0.01 M there are important modifications in the hybrid structure that account for the mechanical properties and anti-corrosion behavior of the sol-gel coating. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Manipolazione dell'attività di scariche parziali tramite nanocoatings ibridi organici-inorganici

In un'epoca storica nella quale si va incontro ad un tasso di guasto sempre maggiore a causa dell'invecchiamento, diventa necessaria l'adozione di sistemi diagnostici in grado di stimare e prolungare l'esatto istante in cui si avrà il guasto. Per fare questo generalmente si valuta l'attività di scariche parziali in un sistema isolante e si cerca di frenarla. In questo lavoro innovativo però, la scelta di base non è quella di frenare l'attività di scariche, ma di limitarla alla base, agendo sulla natura fisica dei processi associati alle scariche.

Preparation of stir bars for sorptive extraction using sol-gel technology

A sol-gel coating method for the preparation of extractive phase on bars used in sorptive microextraction is described. The extraction phase of poly(dimethylsiloxane) is partially crosslinked with the sol-gel network, and the most part is physically incorporated in the network. Three aging steps at different temperatures are applied to complete the crosslinking process. Thirty-micrometer-thick coating layer is obtained by one coating process. The improved coating shows good thermal stability up to 300degreesC. Spiked aqueous samples containing n-alkanes, polycyclic aromatic hydrocarbons and organophosphorus pesticides were analyzed by using the sorptive bars and GC. The results demonstrate that it is suitable for both aploar and polar analytes. The detection limit for chrysene is 7.44 ng/L, 0.74 ng/L for C-19 and 0.9 ng/L for phorate. The extraction equilibration can be reached in less than 15 min by supersonic extraction with the bars of 30 mum coating layer. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Sol-Gel Alumina Nano Composites for Functional Applications

The thesis entitled "Sol-Gel Alumina Nano Composites for Functional Applications" investigate sol-gel methods of synthesis of alumina nanocomposites special reference to alumina-aluminium titanate and alumina-lanthanum phosphate composites. The functional properties such as thermal expansion coefficient and thermal shock resistance, machinability of composites as well as thermal protection are highlighted in addition to novel approach in synthesis of composites.A general introduction of alumina matrix composites materials, followed by brief coverage of alumina-aluminium titanate and alumina-lanthanum phosphate composites is highlight of the first chapter. The second chapter deals with the sol-gel synthesis of aluminium titanate and alumina-aluminium titanate composite. The synthesis of machinable substrate, based on alumina and lanthanum phosphate forms the basis of the third chapter. The fourth chapter describes the sol-gel coating of mullite on SiC substrate for the possible gas filtration application.

Studio di rivestimenti antiriflesso da sol-gel dip-coating per impianti solari termodinamici

Negli impianti utilizzati per la produzione di energia elettrica che sfruttano l'energia solare, quali la tecnologia solare a concentrazione (Solare Termodinamico) sviluppata da ENEA, per minimizzare le dispersioni di calore è necessaria una elevata selettività spettrale. Per ottimizzare l'efficienza dell'impianto è quindi necessario lo sviluppo di materiali innovativi, in grado di minimizzare la quantità di energia dispersa per riflessione. In questo studio, per incrementare la trasmittanza solare dei componenti in vetro presenti nei tubi ricevitori dell'impianto, sono state utilizzate tipologie diverse di rivestimenti antiriflesso (multistrato e a singolo strato poroso). I rivestimenti sono stati ottenuti mediante via umida, con tecnica di sol-gel dip-coating. I sol coprenti sono stati preparati da alcossidi o sali metallici precursori degli ossidi che costituiscono il rivestimento. Sono state approfondite sia la fase di sintesi dei sol coprenti, sia la fase di deposizione sul substrato, che ha richiesto la progettazione e realizzazione di una apparecchiatura prototipale, ossia di un dip-coater in grado di garantire un accurato controllo della velocità di emersione e dell'ambiente di deposizione (temperatura e umidità). Il materiale multistrato applicato su vetro non ha migliorato la trasmittanza del substrato nell'intervallo di lunghezze d'onda dello spettro solare, pur presentando buone caratteristiche antiriflesso nell'intervallo dell'UV-Vis. Al contrario, l'ottimizzazione del rivestimento a base di silice porosa, ha portato all'ottenimento di indici di rifrazione molto bassi (1.15 to 1.18) e ad un incremento della trasmittanza solare dal 91.5% al 96.8%, efficienza superiore agli attuali rivestimenti disponibili in commercio.

DLTS analysis of amphoteric interface defects in high-TiO2 MOS structures prepared by sol-gel spin-coating

High-kappa TiO2 thin films have been fabricated from a facile, combined sol-gel spin - coating technique on p and n type silicon substrate. XRD and Raman studies headed the existence of anatase phase of TiO2 with a small grain size of 18 nm. The refractive index `n' quantified from ellipsometry is 2.41. AFM studies suggest a high quality, pore free films with a fairly small surface roughness of 6 angstrom. The presence of Ti in its tetravalent state is confirmed by XPS analysis. The defect parameters observed at the interface of Si/TiO2 were studied by capacitance - voltage (C - V) and deep level transient spectroscopy (DLTS). The flat - band voltage (V-FB) and the density of slow interface states estimated are -0.9, -0.44 V and 5.24x10(10), 1.03x10(11) cm(-2); for the NMOS and PMOS capacitors, respectively. The activation energies, interface state densities and capture cross -sections measured by DLTS are E-V + 0.30, E-C - 0.21 eV; 8.73x10(11), 6.41x10(11) eV(-1) cm(-2) and 5.8x10(-23), 8.11x10(-23) cm(2) for the NMOS and PMOS structures, respectively. A low value of interface state density in both P-and N-MOS structures makes it a suitable alternate dielectric layer for CMOS applications. And also very low value of capture cross section for both the carriers due to the amphoteric nature of defect indicates that the traps are not aggressive recombination centers and possibly can not contribute to the device operation to a large extent. (C) 2015 Author(s).

High-kappa TiO2 Thin Film Prepared by Sol-Gel Spin-Coating Method

High-k TiO2 thin film on p-type silicon substrate was fabricated by a combined sol-gel and spin coating method. Thus deposited titania film had anatase phase with a small grain size of 16 nm and surface roughness of congruent to 0.6 nm. The oxide capacitance (C-ox), flat band capacitance (C-FB), flat band voltage (V-FB), oxide trapped charge (Q(ot)), calculated from the high frequency (1 MHz) C-V curve were 0.47 nF, 0.16 nF, -0.91 V, 4.7x10(-12) C, respectively. As compared to the previous reports, a high dielectric constant of 94 at 1 MHz frequency was observed in the devices investigated here and an equivalent oxide thickness (EOT) was 4.1 nm. Dispersion in accumulation capacitance shows a linear relationship with AC frequencies. Leakage current density was found in acceptable limits (2.1e-5 A/cm(2) for -1 V and 5.7e-7 A/cm(2) for +1 V) for CMOS applications.

High-kappa TiO2 Thin Film Prepared by Sol-Gel Spin-Coating Method

High-k TiO2 thin film on p-type silicon substrate was fabricated by a combined sol-gel and spin coating method. Thus deposited titania film had anatase phase with a small grain size of 16 nm and surface roughness of congruent to 0.6 nm. The oxide capacitance (C-ox), flat band capacitance (C-FB), flat band voltage (V-FB), oxide trapped charge (Q(ot)), calculated from the high frequency (1 MHz) C-V curve were 0.47 nF, 0.16 nF, -0.91 V, 4.7x10(-12) C, respectively. As compared to the previous reports, a high dielectric constant of 94 at 1 MHz frequency was observed in the devices investigated here and an equivalent oxide thickness (EOT) was 4.1 nm. Dispersion in accumulation capacitance shows a linear relationship with AC frequencies. Leakage current density was found in acceptable limits (2.1e-5 A/cm(2) for -1 V and 5.7e-7 A/cm(2) for +1 V) for CMOS applications.