I. TiO2 آکسائیڈ فلم کی تیاری کے طریقے
1. ماحول کو گرم کرنے والا آکسیکرن طریقہ
ٹائٹینیم فضا میں آکسائڈائز کرتا ہے۔ جیسے جیسے ہیٹنگ کا وقت بڑھتا ہے، آکسائیڈ فلم کی موٹائی دھیرے دھیرے بڑھ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں مختلف ٹونز پیلے سے سائین اور پھر جامنی رنگ میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔ اس طریقہ کار کا فائدہ یہ ہے کہ یہ ٹائٹینیم کو سستے اور بڑی مقدار میں رنگ سکتا ہے، اچھی چپکنے والی سطح پر رنگنے والی فلم حاصل کر سکتا ہے۔ تاہم، رنگ کی تبدیلی محدود ہے اور رنگ کی حد زیادہ نہیں ہے۔ رنگ کی یکسانیت اور تکرار کی صلاحیت ناقص ہے، اور رنگ کو درست طریقے سے کنٹرول کرنا مشکل ہے۔ آکسیجن پر مشتمل ماحول میں گرم اور رنگین ہونے کے علاوہ، جب نائٹروجن ماحول میں گرم کیا جاتا ہے، تو ٹائٹینیم کی سطح پر ایک TiN فلم بنتی ہے، جو سنہری پیلے رنگ کو پیش کرتی ہے اور زیادہ پہننے کی مزاحمت رکھتی ہے۔
2. انوڈک آکسیکرن طریقہ
الیکٹرولائٹ میں ٹائٹینیم انوڈ اور سٹینلیس سٹیل یا ایلومینیم کیتھوڈ کے درمیان وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، اور انوڈک آکسیکرن الیکٹرو کیمیکل ردعمل کے ذریعے ہوتا ہے، جس سے رنگین آکسائیڈ فلم بنتی ہے۔ انوڈک آکسیڈیشن کے لیے الیکٹرولائٹس میں آبی محلول، غیر-آبی محلول، اور پگھلے ہوئے نمکیات شامل ہیں۔ عام طور پر، فاسفورک ایسڈ، بورک ایسڈ، اور ان کے نمکیات کے پانی کے محلول کو موٹی آکسائیڈ فلمیں بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ جب کہ پگھلے ہوئے نمکیات اور غیر-آبی محلول کو پتلی آکسائیڈ فلمیں بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ TiO2 آکسائڈ فلم کی موٹائی کو متاثر کرنے والا سب سے اہم عنصر لاگو وولٹیج ہے، اور اس کی موٹائی عام طور پر لاگو وولٹیج کے متناسب ہوتی ہے۔ لہذا، وولٹیج کو تبدیل کرکے، آکسائڈ فلم کی موٹائی کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے، اور اس طرح آکسائڈ فلم کے رنگ کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے. یہ طریقہ والو دھاتوں (Zr، W، Nb، Ta، Al، وغیرہ) پر مختلف مرکبات اور خصوصیات کی آکسائیڈ فلمیں تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ آکسائیڈ فلموں میں کثافت، استحکام، اور مضبوط چپکنے جیسی خصوصیات ہوتی ہیں، اور اسے سنکنرن{10}}مزاحم کوٹنگز، کیپسیٹرز کے لیے ڈائی الیکٹرکس، اور ٹرانزسٹرز کے لیے گیٹ آکسائیڈز میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔
3. PVD (جسمانی بخارات جمع) ایک ایسا عمل ہے جس میں مائع یا ٹھوس مواد کو بخارات بنا کر سبسٹریٹ پر جمع کیا جاتا ہے۔
PVD تکنیکوں میں اسپٹرنگ، آئن چڑھانا، تھرمل بخارات، لیزر بخارات، اور آئن امپلانٹیشن شامل ہیں۔ پی وی ڈی کو چند نینو میٹر سے لے کر چند مائیکرو میٹر تک موٹائی والی فلمیں یا ملٹی لیئر فلمیں تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مختلف گیسوں کو متعارف کروا کر مختلف ڈوپنگ حاصل کی جا سکتی ہے۔ سبسٹریٹ مواد TiO2 فلموں کے کرسٹلائزیشن کو متاثر کر سکتا ہے۔ کچھ محققین نے پی وی ڈی کے ذریعہ بالترتیب شیشے اور سٹینلیس سٹیل کے ذیلی ذخیروں پر اناٹیس اور روٹائل ساختی فلمیں تیار کی ہیں۔
4. CVD (کیمیائی بخارات کا ذخیرہ) ایک ایسا عمل ہے جس میں سبسٹریٹ مواد سبسٹریٹ پر فلم جمع کرنے کے لیے گیس کے ساتھ کیمیائی طور پر رد عمل ظاہر کرتا ہے۔
PVD کے مقابلے میں، CVD پیچیدہ شکلوں کے ساتھ سبسٹریٹس پر فلمیں جمع کر سکتا ہے، یہ ایک فائدہ ہے کہ PVD میچ نہیں کر سکتا۔ پلازما، آئنز، لیزرز اور دیگر ذرائع کو ملا کر CVD کے جمع ہونے والے درجہ حرارت کو کم کیا جا سکتا ہے یا جمع کرنے کی شرح کو بڑھایا جا سکتا ہے۔ TiO2 فلموں کی CVD تیاری کی ٹیکنالوجی پر بہت سے مطالعے ہوئے ہیں، جس نے ثابت کیا ہے کہ سبسٹریٹ مواد اور جمع کرنے کا درجہ حرارت فلم کی ساخت پر ایک اہم اثر ڈالتا ہے۔ مثال کے طور پر، جیسے جیسے جمع کرنے کا درجہ حرارت بڑھتا ہے، TiO2 فلموں کے اناج کا سائز بڑھتا ہے۔
5. ہائیڈرو تھرمل طریقہ میں کنٹرول درجہ حرارت (تقریباً 200 ڈگری) اور دباؤ (<10MPa) in an aqueous solution.
کچھ محققین نے اس طریقہ کو مختلف فیز ڈھانچے اور شکلوں (نانوروڈز، نینو پارٹیکلز) کے ساتھ TiO2 کیٹلیٹک مواد تیار کرنے کے لیے استعمال کیا ہے، جس میں تین-فیز ڈھانچے (rutile + brookite + anatase)، دو-فیز ڈھانچے (rutile + anatase)، اور سنگل-فیز ڈھانچے (exhirutile) مختلف ہیں۔ اتپریرک سرگرمیاں. 6. سول-جیل کا طریقہ: سول-جیل کا طریقہ اعلی کیمیائی سرگرمی والے مرکبات کو پیشگی کے طور پر استعمال کرتا ہے، مائع مرحلے میں خام مال کو یکساں طور پر ملاتا ہے، اور آخر میں مالیکیولر یا حتیٰ کہ نانو اسٹرکچر کے ساتھ TiO2 بنانے کے لیے ہائیڈولیسس اور کنڈینسیشن کے رد عمل سے گزرتا ہے۔ یہ طریقہ اقتصادی اور آسان ہے، اور کمرے کے درجہ حرارت کے قریب اعلی-طہارت TiO2 حاصل کر سکتا ہے۔ تیاری کے طریقہ کار اور کیلکیشن درجہ حرارت کو تبدیل کرکے، TiO2 کے کرسٹل ڈھانچے کو TiO2 حاصل کرنے کے لیے مختلف ڈھانچے جیسے کہ rutile اور anatase کے ساتھ ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔ یہ طریقہ اکثر حیاتیاتی سرگرمی کے ساتھ TiO2 photocatalytic مواد یا TiO2 کوٹنگز کی تیاری میں استعمال ہوتا ہے۔
II Anodized TiO2 رنگین فلم کے متاثر کرنے والے عوامل
1. الیکٹرولائٹ
انوڈائزنگ کے لیے الیکٹرولائٹ کو تیزابی الیکٹرولائٹ، الکلائن الیکٹرولائٹ، اور نمک کے محلول وغیرہ میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ الکلائن محلول میں آکسائیڈ فلم کے تیزی سے تحلیل ہونے کی وجہ سے، اس پر نسبتاً کم مطالعات ہیں۔ کچھ اسکالرز نے ٹائٹینیم آکسائیڈ فلم پر الیکٹرولائٹ قسم کے اثر و رسوخ کی تحقیق کی ہے اور پایا ہے کہ الکلائن الیکٹرولائٹ کے مقابلے میں، تیزابی الیکٹرولائٹ میں آکسائیڈ فلم کی تشکیل وولٹیج زیادہ ہے۔ الیکٹرولائٹ حراستی اور درجہ حرارت میں کمی کے ساتھ، آکسائڈ فلم کی تشکیل وولٹیج اور ترقی کی شرح میں اضافہ ہوتا ہے. موجودہ کثافت میں کمی اور کیتھوڈ ایریا سے اینوڈ کے تناسب کے ساتھ، آکسائڈ فلم کی تشکیل وولٹیج کم ہو جاتی ہے۔ کچھ اسکالرز نے الکلائن الیکٹرولائٹ میں انوڈائز کیا ہے اور پایا ہے کہ الیکٹرولائٹ کا ارتکاز جتنا زیادہ ہوگا، TiO2 آکسائیڈ فلم کا اضطراری انڈیکس اتنا ہی زیادہ ہوگا، اور یہ آکسائیڈ فلم کی بے ساختہ سے کرسٹل حالت میں تبدیلی کو فروغ دیتا ہے۔
2. آکسیکرن وولٹیج
عام انوڈائزنگ موڈز میں مستقل کرنٹ موڈ اور مستقل وولٹیج موڈ شامل ہیں اور وولٹیج ویوفارم کے مطابق انہیں مزید ڈی سی، اے سی اور پلس موڈ وغیرہ میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ کچھ اسکالرز نے امیڈک الیکٹرولائٹ میں ممکنہ لکیری سکیننگ موڈ اور ممکنہ سٹیپ موڈ کے اثر و رسوخ کا مطالعہ کیا ہے اور انوڈائزڈ لائن موڈ میں سکیننگ موڈ اور کم وولٹیج کا امکان پایا جاتا ہے۔ بے ساختہ ڈھانچہ آکسائڈ فلم بناتا ہے، جبکہ سست سکیننگ نینو کرسٹلز پیدا کرتی ہے۔ سٹیپ سکیننگ موڈ میں، آکسیڈیشن وولٹیج میں اضافہ آکسائیڈ فلم میں Ti4+ کے تناسب کو بڑھا سکتا ہے۔ کم وولٹیج پر انوڈائزنگ رنگین آکسائڈ فلمیں حاصل کر سکتی ہے۔ جب کہ ہائی وولٹیج پر انوڈائز کرنے سے برقی چنگاریاں پیدا ہوتی ہیں، جس سے ایک بہت بڑا مقامی برقی میدان بنتا ہے، اس طرح آکسائیڈ کے کرسٹلائزیشن یا فیز ٹرانسفارمیشن کے عمل کے ساتھ، اور حاصل شدہ آکسائیڈ فلم اکثر بہتر لباس مزاحمت رکھتی ہے۔
3. آکسیکرن کا وقت
وقت کے اضافے کے ساتھ، آکسائڈ فلم کی موٹائی کی ترقی کا رجحان عام طور پر پہلے تیز اور پھر سست ہوتا ہے۔ انوڈائزنگ کے عمل کے دوران، آکسائڈ فلم کی ترقی اور تحلیل بیک وقت ہوتی ہے. جب آکسائڈ فلم کی ترقی کی شرح تحلیل کی شرح سے زیادہ ہے، تو آکسائڈ فلم کی موٹائی بڑھ جاتی ہے؛ جب آکسائڈ فلم کی ترقی کی شرح تحلیل کی شرح سے کم ہوتی ہے، تو اس کی موٹائی کم ہو جاتی ہے۔ کچھ اسکالرز نے پایا ہے کہ اسی الیکٹرولائٹ میں، خالص ٹائٹینیم کی آکسائیڈ فلم کی موٹائی زیادہ وولٹیجز پر وقت کے ساتھ بڑھتی ہے، جب کہ کم وولٹیج پر وقت کے ساتھ کم ہوتی جاتی ہے۔ کچھ اسکالرز نے کم وولٹیج پر خالص ٹائٹینیم کے طویل مدتی انوڈائزنگ عمل کا مطالعہ کیا ہے اور پتہ چلا ہے کہ آکسائیڈ فلم کی تشکیل کے مرحلے میں، فلم کی موٹائی اور کرسٹلنیٹی آکسیڈیشن کے وقت کے ساتھ بڑھ جاتی ہے، جب کہ آکسائیڈ فلم کے انکیوبیشن مرحلے میں، فلم کی تحلیل تیز ہوتی ہے اور کرسٹل آکسائیڈ کو سست کر دیتا ہے۔ اگرچہ یہ بتایا گیا ہے کہ آکسیڈیشن کا وقت کرسٹلائزیشن کے عمل اور کرسٹل پن کو متاثر کرتا ہے، عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ آکسائیڈ فلم کا کرسٹل ڈھانچہ صرف لاگو وولٹیج پر منحصر ہوتا ہے۔
4. دیگر عوامل
خالص ٹائٹینیم کو انوڈائز کرنے سے پہلے، سطح کی مکینیکل، کیمیائی یا الیکٹرو کیمیکل پالش عام طور پر سطح کی آلودگیوں کو دور کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہے۔ مکینیکل پالش کرنے کے بعد، عام طور پر سطح سے گزرنے والی فلم کو ہٹانے کے لیے تیزاب کی دھلائی کی جاتی ہے۔ یہ بتایا گیا ہے کہ الیکٹرو کیمیکل طور پر پالش شدہ خالص ٹائٹینیم کے انوڈائزیشن کا عمل مقامی طور پر آکسیجن ارتقاء کے رد عمل سے گزرتا ہے، جس کے نتیجے میں اس علاقے میں ایک موٹی آکسائیڈ فلم بنتی ہے، جب کہ علاج نہ ہونے والی کھردری سطح پر بننے والی آکسائیڈ فلم زیادہ یکساں ہوتی ہے۔ پالش ٹریٹمنٹ کے بغیر آکسائڈ فلم کے مقابلے میں، پالش اور انوڈائزنگ کے بعد حاصل کی گئی آکسائیڈ فلم میں سنکنرن مزاحمت بہتر ہوتی ہے۔ الیکٹرولائٹ درجہ حرارت میں اضافہ آکسائڈ فلم کی آکسیکرن کارکردگی کو بڑھا سکتا ہے۔ کچھ اسکالرز نے پایا ہے کہ اسی وولٹیج پر، خالص ٹائٹینیم کی آکسائیڈ فلم زیادہ موٹی ہوتی ہے اور اعلی الیکٹرولائٹ درجہ حرارت پر زیادہ کرسٹالنٹی ہوتی ہے۔