$TiO_2$ films were deposited from oxygen/titanium tetraisopropoxide (TTIP) plasmas at low temperature by Helicon-PECVD at floating potential ($V_f$) or substrate self-bias of -50 V. The influence of titanium precursor partial pressure on the morphology, nanostructure and optical properties was investigated. Low titanium partial pressure ([TTIP] < 0.013 Pa) was applied by controlling the TTIP flow rate which is introduced by its own vapor pressure, whereas higher titanium partial pressure was formed through increasing the flow rate by using a carrier gas (CG). Then the precursor partial pressures [TTIP+CG] = 0:027 Pa and 0.093 Pa were obtained. At $V_f$, all the films exhibit a columnar structure, but the degree of inhomogeneity is decreased with the precursor partial pressure. Phase transformation from anatase ([TTIP] < 0.013 Pa) to amorphous ([TTIP+CG] = 0:093 Pa) has been evidenced since the $O^+_2$ ion to neutral flux ratio in the plasma was decreased and more carbon contained in the film. However, in the case of -50 V, the related growth rate for different precursor partial pressures is slightly (~15%) decreased. The columnar morphology at [TTIP] < 0.013 Pa has been changed into a granular structure, but still homogeneous columns are observed for [TTIP+CG] = 0:027 Pa and 0.093 Pa. Rutile phase has been generated at [TTIP] < 0:013 Pa. Ellipsometry measurements were performed on the films deposited at -50 V; results show that the precursor addition from low to high levels leads to a decrease in refractive index.
Chemical agents such as minocycline (MC) and citric acid (CA) were suggested in the treatment of contaminated implant surface. In this study, MC-HCl treatment was performed to enhance surface characteristics of titanium alloy surface. The purpose of this study was to assess the characteristics and the biocompatibility of Ti-6Al-4V surface treated by MC. Alpha-beta titanium alloy (Ti-6Al-4V) samples were prepared and they were divided into 6 groups according to chemical concentration and treatment time. These groups include 1) group I, non-treated smooth titanium alloy; 2) group II, MC 1.5 mg/mL for 1 hour; 3) group III, MC 1.5 mg/mL for 24 hours; 4) group IV, MC 15 mg/mL for 10 minutes; 5) group V, MC 100 mg/mL for 5 minutes; 6) group VI, pH1 CA for 3 minutes. The analysis of the surface characteristics of MC-treated titanium alloy was executed using scanning electron microscopy, roughness test, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Cell adhesion and MTT assay was done using MC3T3 cell. Titanium surfaces treated with MC indicated a more smoothened surface microstructure. For group II and III, the new peaks of rutile TiO2 were found. Group II and V have more basic group of Ti-OH form in XPS. In MTT assay, all MC-treated groups showed significantly higher cell viability compared to control. The surface roughness, crystal structure, surface hydrophilicity, cell viability of smooth titanium surface was improved by MC treatment. Compared with the control experiment and CA-treated group, smooth titanium surface treated with MC showed improved surface characteristics and cell biocompatibility.
A $ZnO/TiO_2$ photocatalyst decorated with PbS quantum dots (QDs) was synthesized to achieve high photocatalytic efficiency for the decomposition of dye in aqueous media. A $TiO_2$ porous layer, as a precursor photocatalyst, was fabricated using micro-arc oxidation, and exhibited irregular porous cells with anatase and rutile crystalline structures. Then, a ZnO-deposited $TiO_2$ catalyst was fabricated using a zinc acetate solution, and PbS QDs were uniformly deposited on the surface of the $ZnO/TiO_2$ photocatalyst using the successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) technique. For the PbS $QDs/ZnO/TiO_2$ photocatalyst, ZnO and PbS nanoparticles are uniformly precipitated on the $TiO_2$ surface. However, the diameters of the PbS particles were very fine, and their shape and distribution were relatively more homogeneous compared to the ZnO particles on the $TiO_2$ surface. The PbS QDs on the $TiO_2$ surface can induce changes in band gap energy due to the quantum confinement effect. The effective band gap of the PbS QDs was calculated to be 1.43 eV. To evaluate their photocatalytic properties, Aniline blue decomposition tests were performed. The presence of ZnO and PbS nanoparticles on the $TiO_2$ catalysts enhanced photoactivity by improving the absorption of visible light. The PbS $QDs/ZnO/TiO_2$ heterojunction photocatalyst showed a higher Aniline blue decomposition rate and photocatalytic activity, due to the quantum size effect of the PbS nanoparticles, and the more efficient transport of charge carriers.
Nanosized rutile titanium dioxide (TiO2) is used in inorganic pigments and cosmetics because of its high whiteness and duality. The high quality of the white pigments depends on their surface coating technique via the solgel process. SiO2 coatings are required to improve the dispersibility, UV-blocking, and whiteness of TiO2. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) is an important coating precursor owing to its ability to control various thicknesses and densities. In addition, we use Na2SiO3 (sodium silicate) as a precursor because of its low cost. Compared to TEOS, which controls the pH using a basic catalyst, Na2SiO3 controls the pH using an acid catalyst, giving a uniform coating. The coating thickness of TiO2 is controlled using a surface modifier, cetrimonium bromide, which is used in various applications. The shape and thickness of the nanosized coating layer on TiO2 are analyzed using transmission electron microscopy, and the SiO2 nanoparticle behavior in terms of the before-and-after size distribution is measured using a particle size analyzer. The color measurements of the SiO2 pigment are performed using UV-visible spectroscopy.
Water quality is crucial for human health and the environment. Accurate measurement of the quantity of organic carbon in water is essential for water quality evaluation, identification of water pollution sources, and appropriate implementation of water treatment measures. Total organic carbon (TOC) analysis is an important tool for this purpose. Although other methods, such as chemical oxygen demand (COD) and biochemical oxygen demand (BOD) are also used to measure organic carbon in water, they have limitations that make TOC analysis a more favorable option in certain situations. For example, COD requires the use of toxic chemicals, and BOD is time-consuming and can produce inconsistent and unreliable results. In contrast, TOC analysis is rapid and reliable, providing accurate measurements of organic carbon content in water. However, common methods for TOC analysis can be complex and energy-intensive because of the use of high-temperature heaters for liquid-to-gas phase transitions and the use of acid, which present safety risks. This study focuses on a TOC analysis method using TiO2 photocatalysis, which has several advantages over conventional TOC analysis methods, including its low cost and easy maintenance. For TiO2, rutile and anatase powders are mixed with an inorganic binder and spray-coated onto a glass fiber substrate. The TiO2 powder and inorganic binder solutions are adjusted to optimize the photocatalytic reaction performance. The TiO2 photocatalysis method is a simple and low-power approach to TOC analysis, making it a promising alternative to commonly used TOC analysis methods. This study aims to contribute to the development of more efficient and cost-effective approaches for water quality analysis and management by exploring the effectiveness and reliability of the developed equipment.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.3
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pp.231-240
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2024
Titanium dioxide (TiO2) holds significant scientific and technological relevance as a key photocatalyst and resistive random-access memory, demonstrating unique physicochemical properties and serving as an n-type semiconductor. Understanding the density and arrangement of oxygen vacancies (VOs) is crucial for tailoring TiO2's properties to diverse technological needs, driving increased interest in exploring oxygen vacancy complexes and superstructures. In this mini review, we summarize the recent understandings of the fundamental properties of oxygen vacancies in bulk rutile (R-TiO2) and anatase (A-TiO2) based on DFT and beyond method. We specifically focus on the excess electrons and their spatial arrangement of disordered single VO in bulk R and A-TiO2, aligned with the experimental findings. We also highlight the theoretical works on investigating the geometries and stabilities of ordered VOs complexes in bulk TiO2. This comprehensive review provides insights into the fundamental properties of excess electrons in reduced TiO2, offering valuable perspectives for future research and technological advancements in TiO2-based devices.
The surface of titanium (Ti) dental implants was modified by applying a zinc (Zn)-doped titanium dioxide (TiO2) coating. Initially, the Ti surfaces were etched with NaOH, followed by a hydrolysis co-condensation using tetrabutyl titanate (TBT, Ti(OC4H9)4) and zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O), with ammonia water (NH3·H2O) acting as a hydroxide anion source. The morphology and chemical composition of the Zn-doped TiO2-coated Ti plates were characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). Synthesis temperatures were carefully adjusted to produce anatase Zn-doped TiO2 nanoparticles with a bipyramidal structure and approximate sizes of 100 nm. Wettability tests and cell viability assays demonstrated the biomedical potential of these modified surfaces, which showed high biocompatibility with a survival rate of over 95 % (p < 0.05) and improved wettability. Corrosion resistance tests using potentiodynamic polarization reveal that Zn-TiO2-treated samples with an anatase crystal structure exhibited a lower corrosion current density and more noble corrosion potential compared to samples coated with a rutile structure. This method offers a scalable approach that could be adapted by the biomaterial industry to improve the functionality and longevity of various biomedical implants.
Cassiterite, tantalite, columbite and tantalian rutile are found as accessory minerals in Soonkyoung tin-bearing pegmatites. These minerals occur as finely disseminated specks of up to micro-size in diameter and coarse grain size varying from 0.5-50mm in albite, muscovite and quartz assemblage. Cassiterite geneally shows a moderate to intense pleochroism, having a color brownish yellow to deep reddish brown. The substitution of $Ta^{+5}$, $Nb^{+5}$, $Ti^{+4}$ and Fe* for $Sn^{+4}$ in cassiterite ranges 0.01-0.10 mol%. The zoned cassiterite give a higher Ta/Nb ratios in margin than the ratios in core. This is due to the preferential $Ta^{+5}$ affinity to lower temperature during the crystallization of cassiterite. Tantalite-columbite and tantalian rutile occur in cassitertie with exsolution texture and/or infiltrate into the micro-fissures of cassiterite with micro quartz vein. The compositions of tantalite-columbite show the wide ranges of $Ta_2O_5$ : 14-46 wt.%, $Nb_2O_5$ : 60-28 wt. % and FeO*: 10.15 wt.%. The variation of chemical composition in tantalit-columbite exhibits the decreasing trends of $Mn^{+2}/M^{+2}+Fe^*$ with $Ta^{+5}/Ta^{+5}+Nb^{+5}$ increasing. These trends of vatiations indicate that the Ta/Nb fractionation are enhanced by higher Ta-complex activity in late stage of pegmatite consolidation and lower activity of F in agreements with the F-and Li-micas not to be developed in Soonkyoung tin-bearing pegmatite.
Koo, Hyo Jin;Cho, Hyen Goo;Lee, Bu Yeong;Yi, Hi Il
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.30
no.3
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pp.93-102
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2017
Heavy mineral provide an important information for sediment provenance as well as a potential submarine mineral resources. We compared the heavy mineral characteristics between Southeastern Yellow Sea Mud (SEYSM) and Southwestern Cheju Island Mud (SWCIM) surface sediments. We separated heavy minerals from 28 surface sediments in each mudbelt, and then carried out stereo-microscopic, field-emission scanning electron microscopic, energy dispersive spectroscopic and electron probe microanalysis to characterize the type, abundance, mineralogical properties and distribution pattern of heavy mineral. Amphibole and epidote, which are two major heavy minerals, account for more than 70% of total heavy minerals. Zircon and sphene contents are more abundant in SEYSM, whereas apatite and rutile contents are more abundant in SWCIM. Monazite only occurs in some area of SEYSM. Sphene and monazite content decrease to the south in SEYSM. Both garnet-zircon index (GZi) and rutile-zircon index (RuZi) are low in SEYSM but high in SWCIM. Amphiboles in SEYSM primarily correspond to hornblende, however those in SWCIM represent variable composition from pargasite, tshermakite, hornblende to tremolite. Garnets in SEYSM have high Mg and low Ca, but those in SWCIM have low Mg with variable Ca. Different heavy mineral characteristics between SEYSM and SWCIM suggests that sediments in each mudbelt have different provenances. Although this study implies that SEYSM sediment may mostly come from nearby Korean western rivers such as the Keum and Han rivers, this study does not suggest any idea of the source area of SWCIM sediment. Further study is needed to interpret the provenance and transportation mechanism of mudbelt sediments through the heavy mineral research for the river sediments flowing into the Yellow Sea and much more marine sediments.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.16
no.5
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pp.216-221
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2006
An investigation of the influence of $WO_3$ and $V_2O_5$ catalysts on the microstructure, phase formation and selective catalytic reduction (SCR) efficiency of the synthesized SCR powders has been carried out. A commercial anatase-$TiO_2$ was used as the catalysts support. For $WO_3(10wt%)/TiO_2$, the W loading to the $TiO_2$ support led to the lower in anatase to rutile transition temperature from $1200^{\circ}C$ of $TiO_2$ support to ${\sim}900^{\circ}C$. The transition temperature was also lowered to below $650^{\circ}C$ in the $V_2O_5$(5 and 10 wt%) added composition. The $WO_3(10wt%)/TiO_2$ SCR powder obtained at $450^{\circ}C$ showed near 100% of $NO_x$ conversion efficiency at $350{\sim}400^{\circ}C$ and for the powder prepared at $650^{\circ}C$ the same efficiency was achieved in wider temperature range $300{\sim}400^{\circ}C$. The highest $NO_x$ conversion efficiency of 100% was obtained in the $V_2O_5(5wt%)/TiO_2$ SCR composition calcined at $650^{\circ}C$ in the relatively wider temperature range $250{\sim}350^{\circ}C$, while the catalytic efficiency considerably decreased for the $V_2O_5(10wt%)/TiO_2$. The lowered conversion efficiency of $NO_x$ observed in the $V_2O_5(10wt%)/TiO_2$ composition calcined at $650^{\circ}C$ was considered to be correlated with the lowered surface area resulting from the increased crystallite growth by highly reactive vanadium loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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