NEXAFS and FTIR-ATR investigation of the static and dynamic superhydrophobicity of functionalized titanium dioxide nanoparticle coatings

Abstract

Superfícies super-hidrofóbicas com ângulos de contacto maiores ou iguais a 159° foram preparadas utilizando nanopartículas de dióxido de titânio e trimetoxipropil silano (TMPSi) em solventes aquosos ou não aquosos. A superfície super-hidrofóbica preparada em solvente aquoso mostrou uma histerese angular alta. Por outro lado, a superfície super-hidrofóbica preparada em solvente não aquoso teve uma histerese angular baixa e propriedades auto-limpantes. O uso da espectroscopia NEXAFS (Near Edge X-ray Absorption Fine Structure) é demonstrado e justificado no estudo de superfícies super-hidrofóbicas com a ajuda da espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier no modo de refletância total atenuada (FTIR-ATR). O presente estudo realça a importância da heterogeneidade química de uma superfície sobre as propriedades finais de uma superfície super-hidrofóbica. As propriedades autolimpantes de uma superfície super-hidrofóbica somente são obtidas com um completo recobrimento da superfície com TMPSi quando um solvente não aquoso é utilizado. Esse resultado é sustentado por dados detalhados de NEXAFS e FTIR-ATR.

Superhydrophobic surfaces with static water contact angles higher or equal to 159° were fabricated using titanium dioxide nanoparticules and trimethoxypropyl silane (TMPSi) in aqueous or non-aqueous solvents. The superhydrophobic surface fabricated in aqueous solvent showed high contact angle hysteresis. On the other hand, the superhydrophobic surface fabricated in non-aqueous solvent showed low contact angle hysteresis and self-cleaning properties. The application of near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy in surface analysis of superhydrophobic surface is demonstrated and justified with the help of Fourier transform infrared spectroscopy by attenuated total reflectance (FTIR-ATR). The present work highlights the importance of chemical heterogeneity of the surface on the final properties of a superhydrophobic surface. The self cleaning superhydrophobic surface is obtained only with a complete coverage of the surface with TMPSi in a non-aqueous solvent. This finding is supported by detailed NEXAFS and FTIR-ATR data.