이산화 티타늄(TiO2)는 무독성, 물리/화학적 안정성, 투명성, 광반응성, 저렴한 가격 특성으로 인해 수십년간 광촉매 반도체 물질로서 연구되었다. 이러한 특성으로 인해, 이산화 티타늄(TiO2)은 향균, 항 바이러스, 바이오 센서, 정화 분야에 적용하기 위해 수십년간 집중적으로 연구되었다. 그러나, 산업 적용을 위해서는 이산화 티타늄(TiO2)의 ...
이산화 티타늄(TiO2)는 무독성, 물리/화학적 안정성, 투명성, 광반응성, 저렴한 가격 특성으로 인해 수십년간 광촉매 반도체 물질로서 연구되었다. 이러한 특성으로 인해, 이산화 티타늄(TiO2)은 향균, 항 바이러스, 바이오 센서, 정화 분야에 적용하기 위해 수십년간 집중적으로 연구되었다. 그러나, 산업 적용을 위해서는 이산화 티타늄(TiO2)의 친수성 지속기간의 개선이 필요하다. 아나타제 구조의 이산화 티타늄(TiO2)은 다른 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 보다 더 나은 광촉매 효과와 친수성 효과를 나타낸다 잘 알려져 있다. 이 논문은 DC magnetron sputter로 제조된 세 구조—(211) 방향의 다결정 구조 아나타제, (101) 방향 아나타제 + (110) 방향 루타일, 비정질—이산화 티타늄(TiO2) 박막에 플라즈마 처리 전후의 친수성 특성을 XPS, XRD, AFM, contact angle analyzer, AFM을 통해 분석한 실험 결과를 제시한다. 이산화 티타늄(TiO2) 표면에서의 접촉각 이완 메커니즘을 이해하기위해 본 논문에서는 산소 플라즈마 처리 전후의 친수성 지속성간의 차이를 새로운 모델을 통해 분석한다. 세 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 박막의 접촉각 이완 작용은 정량적인 XPS와 접촉각 측정기를 통해 장기간 측정되었다. 산소 플라즈마 처리의 효과를 이해하기 위해 세 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 박막에 UV 단일 처리와 두 과정 (UV 조사 → 산소 플라즈마)처리를 각각 진행했다. 두 처리 과정을 거친 모든 세 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 박막은 UV만 조사한 박막에 높은 밀도의 Ti-OH와 공여체-수여체 밀도를 보이고 UV만 조사한 박막보다 더 장기간 친수성을 유지하는 결과를 보인다. 이 결과는 많은 양의 Ti-OH와 함께 많은 양의 공여체-수여체 양이 이산화 티타늄(TiO2) 표면에 존재할 경우 구조에 상관없이 친수성이 오랜기간 지속됨을 나타낸다. 흥미롭게도, 아나타제 이산화 티타늄(TiO2) 박막에서만 전자의 이동으로 인해 Ti-OH와 공여체-수여체에서의 결합에너지가 UV만 조사한 이산화 티타늄(TiO2) 박막의 결합에너지를 기준으로 낮은 방향으로의 이동을 보인다. 또한, 90일 이상 초친수성을 유지하며 다른 박막의 이산화 티타늄(TiO2)보다 더 나은 친수성을 보인다. 결과적으로, 이 연구는 물과 연관된 흡착물 (OHbridge, Ti-OH, 공여체-수여체)의 결합에너지 이동과 양의 변화가 장기간 친수성의 유용한 지표임을 제안한다. 또한, 이 논문은 3D 프린트를 이용한 맞춤형 다채널 연동형 펌프 시스템 설계에 관해 논한다. 내경이 1mm인 니들과 클램프를 이용하여 12 채널의 연동형펌프의 정확도를 8%이내로 한 펌프를 설계하였다. 다채널 연동펌프 시스템을 위해 2.4 Nm 스테핑 모터를 사용하였고, 자동화 시스템을 위해 0.8 Nm 스테핑 모터를 사용하였다. 시스템 제어를 위해 아두이노 보드를 사용했으며 빠른 액체 이송을 위해 두 모터의 분당 회전 속도(RPM)를 최적화하는 작업을 하여 40x40x18 cm3 사이즈의 맞춤형 자동 액체 이송 시스템을 설계하였다.
이산화 티타늄(TiO2)는 무독성, 물리/화학적 안정성, 투명성, 광반응성, 저렴한 가격 특성으로 인해 수십년간 광촉매 반도체 물질로서 연구되었다. 이러한 특성으로 인해, 이산화 티타늄(TiO2)은 향균, 항 바이러스, 바이오 센서, 정화 분야에 적용하기 위해 수십년간 집중적으로 연구되었다. 그러나, 산업 적용을 위해서는 이산화 티타늄(TiO2)의 친수성 지속기간의 개선이 필요하다. 아나타제 구조의 이산화 티타늄(TiO2)은 다른 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 보다 더 나은 광촉매 효과와 친수성 효과를 나타낸다 잘 알려져 있다. 이 논문은 DC magnetron sputter로 제조된 세 구조—(211) 방향의 다결정 구조 아나타제, (101) 방향 아나타제 + (110) 방향 루타일, 비정질—이산화 티타늄(TiO2) 박막에 플라즈마 처리 전후의 친수성 특성을 XPS, XRD, AFM, contact angle analyzer, AFM을 통해 분석한 실험 결과를 제시한다. 이산화 티타늄(TiO2) 표면에서의 접촉각 이완 메커니즘을 이해하기위해 본 논문에서는 산소 플라즈마 처리 전후의 친수성 지속성간의 차이를 새로운 모델을 통해 분석한다. 세 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 박막의 접촉각 이완 작용은 정량적인 XPS와 접촉각 측정기를 통해 장기간 측정되었다. 산소 플라즈마 처리의 효과를 이해하기 위해 세 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 박막에 UV 단일 처리와 두 과정 (UV 조사 → 산소 플라즈마)처리를 각각 진행했다. 두 처리 과정을 거친 모든 세 구조의 이산화 티타늄(TiO2) 박막은 UV만 조사한 박막에 높은 밀도의 Ti-OH와 공여체-수여체 밀도를 보이고 UV만 조사한 박막보다 더 장기간 친수성을 유지하는 결과를 보인다. 이 결과는 많은 양의 Ti-OH와 함께 많은 양의 공여체-수여체 양이 이산화 티타늄(TiO2) 표면에 존재할 경우 구조에 상관없이 친수성이 오랜기간 지속됨을 나타낸다. 흥미롭게도, 아나타제 이산화 티타늄(TiO2) 박막에서만 전자의 이동으로 인해 Ti-OH와 공여체-수여체에서의 결합에너지가 UV만 조사한 이산화 티타늄(TiO2) 박막의 결합에너지를 기준으로 낮은 방향으로의 이동을 보인다. 또한, 90일 이상 초친수성을 유지하며 다른 박막의 이산화 티타늄(TiO2)보다 더 나은 친수성을 보인다. 결과적으로, 이 연구는 물과 연관된 흡착물 (OHbridge, Ti-OH, 공여체-수여체)의 결합에너지 이동과 양의 변화가 장기간 친수성의 유용한 지표임을 제안한다. 또한, 이 논문은 3D 프린트를 이용한 맞춤형 다채널 연동형 펌프 시스템 설계에 관해 논한다. 내경이 1mm인 니들과 클램프를 이용하여 12 채널의 연동형펌프의 정확도를 8%이내로 한 펌프를 설계하였다. 다채널 연동펌프 시스템을 위해 2.4 Nm 스테핑 모터를 사용하였고, 자동화 시스템을 위해 0.8 Nm 스테핑 모터를 사용하였다. 시스템 제어를 위해 아두이노 보드를 사용했으며 빠른 액체 이송을 위해 두 모터의 분당 회전 속도(RPM)를 최적화하는 작업을 하여 40x40x18 cm3 사이즈의 맞춤형 자동 액체 이송 시스템을 설계하였다.
Titanium dioxide (TiO2) is the most studied photocatalytic semiconductor for several decades due to its non-toxicity, physical/chemical stability, transparent, photosensitive, and low-cost. Because of these characteristics, TiO2 also has been intensively studied for application in antibacterial, ant...
Titanium dioxide (TiO2) is the most studied photocatalytic semiconductor for several decades due to its non-toxicity, physical/chemical stability, transparent, photosensitive, and low-cost. Because of these characteristics, TiO2 also has been intensively studied for application in antibacterial, antivirus, antifogging, bio-sensors, and self-cleaning. However, for these applications, the sustainability of hydrophilicity on TiO2 needs to be improved. Anatase phase titanium dioxide is known as a material showing better efficient photocatalytic and hydrophilicity than other phase titanium dioxide materials. This thesis introduces an experimental study of hydrophilicity on three different kinds of structures—(211) preferred anatase, anatase (101) with rutile (110), and amorphous—deposited by DC magnetron sputter before and after oxygen plasma treatment using XPS, XRD, AFM, contact angle analyzer, and AFM. The difference in the sustainability of hydrophilicity between TiO2 samples with and without oxygen plasma treatment is discussed using a new analysis model to understand the contact angle relaxation mechanisms on the TiO2 surface in the air. The contact angle relaxation of TiO2 films with three different kinds of structures were investigated by using quantitative XPS and contact angle measurement over a long time. The three types of TiO2 films were conducted in order to understand the effect of O2 plasma: UV exposure only and two-step treatment (UV exposure→O2 plasma treatment). All TiO2 films with two-step treatment (UV→O2 plasma) have a higher density of donor-acceptor complex (DAC) and Ti-OH groups observed by XPS and show long-lasting hydrophilicity than only-UV irradiated samples. This result indicates that the more DAC with a higher density of Ti-OH enhances the long-lasting hydrophilicity regardless of the TiO2 surface structure. Interestingly, only anatase TiO2 shows lower binding energy shifting of Ti-OH and DAC as a reference of the UV-only TiO2 due to the charge transfer between Ti and OH, and long-lasting hydrophilicity than other TiO2 by sustaining super-hydrophilicity over 90 days. As a result, this study suggests that binding energy shifts of water-related absorbents (OHbridge, Ti-OH, and donor-acceptor complex) is an indicator as well as the amount of adsorbents to show long-lasting hydrophilicity. In addition, this thesis introduces the customized multi-channel peristaltic pump system using 3D printing. Needle with 1-mm inner diameter and clamp were used in a 12-channel peristaltic pump for higher accuracy (<8%). The multi-channel peristaltic pump uses a 2.4 Nm stepping motor, and the automation system uses a 0.8 Nm stepping motor. Arduino is used for control the full system, rotate per minute (RPM) value of two motors is optimized for fast liquid delivery, and a full automation system is designed under 40x40x18 cm3 for customizing the size of the system.
Titanium dioxide (TiO2) is the most studied photocatalytic semiconductor for several decades due to its non-toxicity, physical/chemical stability, transparent, photosensitive, and low-cost. Because of these characteristics, TiO2 also has been intensively studied for application in antibacterial, antivirus, antifogging, bio-sensors, and self-cleaning. However, for these applications, the sustainability of hydrophilicity on TiO2 needs to be improved. Anatase phase titanium dioxide is known as a material showing better efficient photocatalytic and hydrophilicity than other phase titanium dioxide materials. This thesis introduces an experimental study of hydrophilicity on three different kinds of structures—(211) preferred anatase, anatase (101) with rutile (110), and amorphous—deposited by DC magnetron sputter before and after oxygen plasma treatment using XPS, XRD, AFM, contact angle analyzer, and AFM. The difference in the sustainability of hydrophilicity between TiO2 samples with and without oxygen plasma treatment is discussed using a new analysis model to understand the contact angle relaxation mechanisms on the TiO2 surface in the air. The contact angle relaxation of TiO2 films with three different kinds of structures were investigated by using quantitative XPS and contact angle measurement over a long time. The three types of TiO2 films were conducted in order to understand the effect of O2 plasma: UV exposure only and two-step treatment (UV exposure→O2 plasma treatment). All TiO2 films with two-step treatment (UV→O2 plasma) have a higher density of donor-acceptor complex (DAC) and Ti-OH groups observed by XPS and show long-lasting hydrophilicity than only-UV irradiated samples. This result indicates that the more DAC with a higher density of Ti-OH enhances the long-lasting hydrophilicity regardless of the TiO2 surface structure. Interestingly, only anatase TiO2 shows lower binding energy shifting of Ti-OH and DAC as a reference of the UV-only TiO2 due to the charge transfer between Ti and OH, and long-lasting hydrophilicity than other TiO2 by sustaining super-hydrophilicity over 90 days. As a result, this study suggests that binding energy shifts of water-related absorbents (OHbridge, Ti-OH, and donor-acceptor complex) is an indicator as well as the amount of adsorbents to show long-lasting hydrophilicity. In addition, this thesis introduces the customized multi-channel peristaltic pump system using 3D printing. Needle with 1-mm inner diameter and clamp were used in a 12-channel peristaltic pump for higher accuracy (<8%). The multi-channel peristaltic pump uses a 2.4 Nm stepping motor, and the automation system uses a 0.8 Nm stepping motor. Arduino is used for control the full system, rotate per minute (RPM) value of two motors is optimized for fast liquid delivery, and a full automation system is designed under 40x40x18 cm3 for customizing the size of the system.
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