TiO2 溶膠-凝膠塗層的實驗與計算合成

在溶膠-凝膠塗層的實驗形成過程中，膠體分散體經歷乾燥過程，且塗層的結構是由於複雜的化學、膠體和毛細管相互作用而形成的。 雖然電腦模擬為調整甚至設計奈米材料合成提供了指導，但塗層結構形成的模擬迄今為止在文獻中是未知的。 基於真實實驗，我們建立了基於 ReaxFF 反作用力場的分子動力學模擬協議，以研究和確定實驗條件對塗層孔隙結構形成的作用。 以浸塗法在固體基底上製備了厚度為 50 nm、開孔率為 7%、孔徑為 2.4 nm 的銳鈦礦型 TiO₂ 溶膠-凝膠塗層。 在多孔 TiO₂ 層的計算合成中，透過施加外部壓力來解釋乾燥步驟中存在的毛細管力，並研究它們對塗層孔隙結構的影響。 結果發現，模擬中對應於 10,000 atm 外部壓力的 TiO₂ 層結構表現出與實驗方法測定的孔隙率相當的孔隙率。 這證明了浸入毛細管力對溶膠-凝膠層形成的影響。 創建的電腦模型使用真實參數準確地描述了層結構，適合透過電腦模擬設計塗層結構。