Titanium dioxide is a suitable material for industrial use at present and in the future because titanium dioxide has efficient photocatalytic activity, good stability and low cost [1]. Among the three phases (anatase, rutile, brookite) of titanium dioxide, the anatase form is particularly photocatalytically active under ultraviolet (UV) light. Since anatase phase is less stable than rutile, it would be better to get photocatalytic TiO2 at the low temperature. We tried to reduce the process temperature during the formation of smooth photocatalytic TiO2 film using precursor-type TiO2 and nanoparticles. Sol-gel process is considered to be very efficient method to form this TiO2 photocatalytic phase from the solution which is easy to handle and control the concentration of the ingredients. The structure, chemical state and optical property were characterized using XRD, XPS, TEM, UV-VIS spectrometer, and Ellipsometry. From XRD and TEM study, we found the crystallization of TiO2 into anatase phase that was achieved at 200 oC which is lower than other deposition technique like sputtering and conventional sol-gel process. After heating the species at the higher temperature of 350 oC, further crys-tallization occurred into the same phase with the same flatness and uniformity, which is important for thin film devices. With addition of TiO2 nanoparticles, the formation of nanocrystalline anatase TiO2 phase was facilitated while the hydrolysis could be successfully controlled giving the uniform film morphology. These benefits will make it possible for our TiO2 film to be applied on the large scale to less substrate-restriction applications like photovoltaic or photocatalytic device.
이산화 티탄은 빛에 효율적으로 반응하며 안정성이 좋고 낮은 가격을 가지고 있어 현재나 미래에도 상업적으로 쓰이기에 적합한 물질이다. 이산화 티탄으 가지는 세가지 상 (아나타제, 루타일, 부르카이트) 중에 특히 아나타제 상은 자외선 하에서 광촉매 특성을 가지는 특징을 가지고 있다.
아나타제 상은 루타일 상보다 안정적이지 못하기 때문에 낮은 온도에서 열처리를 함으로서 더 나은 광촉매 특성을 가지는 이산화 티탄을 얻을 수 있다. 우리는 전구체 형태의 이산화 티탄과 나노 입자를 이용하여 표면이 매끄러운 이산화 티탄 광촉매 박막을 형성하는 동안 공정온도를 낮추기 위한 실험을 진행하였다. 졸-겔 법은 용액 상태로부터 이산화 티탄 광촉매를 얻기 위한 효율적인 방법이며 용액 내의 성분을 쉽게 조절하고 제어할 수 있는 특성을 가지고 있다. 필름 상태의 이산화 티탄 광촉매를 얻은 뒤 필름의 화학적 상태와 광학적 특성은 XRD, XPS, TEM, UV-Vis, 그리고 Ellipsometer를 이용하여 측정하였다. XRD와 TEM결과를 통해 우리는 200 ℃의 낮은 온도에서 아나타제 상으로 결정화 된 이산화 티탄을 발견할 수 있었다. 200 ℃는 sputtering과 같은 다른 박막증착 방법이나 기존의 졸-겔 법에 필요한 온도보다 훨씬 낮은 온도이다. 이 보다 더 높은 온도의 열처리에서는 다른 상들을 제외한 아나타제 상으로의 결정화가 더욱 많이 일어남을 관찰할 수 있었다. 이산화 티탄을 이용한 다양한 코팅과 얇은 박막 형태의 소자를 만들기 위해서 평평한 표면과 고른 morphology를 가져야 한다. 졸-겔 용액에 이산화 티탄 나노 입자를 넣어 줌으로서 이산화티탄의 아나타제 상의 형성은 더욱 용이해지는 것으로 사려된다. 졸-겔 법을 이용한 이산화 티탄 용액을 만들 때 일어나는 가수분해는 필름의 고른 morphology를 만들 수 있도록 제어해준다. 이러한 장점들은 박막형태의 이산화 티탄을 기판의 제한 없이 유연한 플라스틱 재료에 적용시킨 광전지 또는 광촉매 소자와 같은 넓은 규모의 적용범위를 가질 수 있도록 해 준다.
