Avaliação da propriedade autolimpante de substratos modificados pela deposição de filmes finos de dióxido de titânio e caracterização morfológica, estrutural e química da sujidade depositada nas superfícies estudadas

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dc.contributor.advisorFerreira, Ângela de Mello
dc.contributor.advisor-coJesus, Magnum Augusto Moraes Lopes de
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/1462960107674708
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1228978469230164
dc.contributor.authorSilva, Talita Soares de Souza e
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7652708510085079
dc.contributor.refereeCosta, Hermes de Souza
dc.contributor.refereeBadotti, Fernanda
dc.date.accessioned2025-04-10T16:42:29Z
dc.date.available2025-04-10T16:42:29Z
dc.date.issued2019-08-29
dc.description.abstractAs superfícies autolimpantes apresentam várias possibilidades de aplicação, dentre as quais podemos destacar a modificação de painéis fotovoltaicos. Os filmes finos de TiO2 são os mais conhecidos e estudados para a produção dessas superfícies e seu mecanismo de autolimpeza se dá pela combinação da atividade fotocatalítica e hidrofilicidade fotoinduzida. Neste trabalho foram produzidos filmes de TiO2 e compósitos de TiO2/SiO2 em duas proporções a partir do método sol-gel via dip coating. Além da avaliação da propriedade autolimpante, destaque foi dado ao estudo da sujidade acumulada (efeito soiling) em decorrência da exposição dos substratos ao ambiente de uma região tropical por um período de 12 meses. Para fins de comparação, também foram coletadas e caracterizadas amostras de sujidade de um módulo fotovoltaico em atividade há 12 anos. A molhabilidade dos filmes foi avaliada por meio de medidas de ângulo de contato antes e após exposição ao UV. Antes da radiação o filme de TiO2 apresentou-se hidrofílico (Ө=27º) e após a radiação passou a comportar se como super-hidrofílico (Ө<5°); os filmes compósitos apresentaram comportamento super-hidrofílico mesmo antes de serem expostos à radiação e o substrato de vidro puro manteve o ângulo de contato em torno de 30° antes e após a exposição ao UV. O recobrimento de TiO2 puro reduziu a transmitância do vidro em torno de 20%, seguido do compósito contendo o maior teor de titânio que causou redução de aproximadamente 15%. Já o compósito com menor teor de Ti manteve a transmitância do vidro praticamente inalterada, em torno de 90%. Neste contexto, a utilização dos filmes compósitos se justifica pela capacidade que tem de combinar uma propriedade autolimpante durável a uma elevada transmitância, características desejáveis para aplicações em módulos fotovoltaicos. Os resultados de caracterização da sujidade depositada sobre o módulo por Difratometria de Raios X indicaram presença de material amorfo, característico de matéria orgânica, bem como os minerais caulinita, calcita, hematita e quartzo, resultados compatíveis com as imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura que apontaram a presença de aglomerados de partículas arredondadas características de material orgânico e/ou fuligem. A análise química elementar da sujidade indicou elevada concentração de carbono e oxigênio e também os elementos Si, Aℓ, Fe e Cℓ, provenientes dos contaminantes inorgânicos identificados por Difratometria de Raios X. A análise termogravimétrica resultou numa perda de massa de aproximadamente 70% a 1000°C, corroborando os resultados de que a sujidade era composta majoritariamente por matéria orgânica. O recobrimento que apresentou o melhor comportamento como superfície autolimpante foi o filme de TiO2 puro, pois mesmo reduzindo a transmitância do vidro manteve uma certa constância nos valores de transmitância medidos quinzenalmente ao longo de um ano, o que não se observa nos demais filmes e no substrato sem recobrimento. A espectroscopia Raman identificou as fases minerais presentes na sujidade: hematita, lepdocrocita e goetita, compostos característicos do nosso solo. Os resultados de microscopia óptica e MEV/EDS indicaram que o revestimento de TiO2 reduziu significativamente as partículas orgânicas, sendo necessários testes microbiológicos aprofundados para identificação de possíveis microrganismos presentes no soiling.
dc.description.abstractotherSelf-cleaning surfaces present several application possibilities, among which we can highlight the modification of photovoltaic panels. TiO2 thin films are the best known and studied for the production of these surfaces in which the self-cleaning and their mechanism occurs through the combination of photocatalytic activity and photoinduced hydrophilicity. In this work, TiO2 films and TiO2/SiO2 composites were produced in two proportions using the sol-gel method via dip coating. In addition to the evaluation of the self-cleaning property, emphasis was given to the study of accumulated dirt (soiling effect) due to the exposure of substrates to the environment of a tropical region for a period of 12 months. For comparison purposes, dirt samples from a photovoltaic module in operation for 12 years were also collected and characterized. The wettability of the films was evaluated by means of contact angle measurements before and after exposure to UV. Before radiation, the TiO2 film was hydrophilic (Ө=27º) and after radiation it started to behave as super-hydrophilic (Ө<5°); composite films showed super-hydrophilic behavior even before being exposed to radiation and the pure glass substrate maintained the contact angle around 30° before and after exposure to UV. The coating of pure TiO2 reduced the glass transmittance by about 20%, followed by the composite containing the highest Ti content, which caused a reduction of approximately 15%. The composite with a lower titanium content kept the glass transmittance practically unchanged, around 90%. In this context, the use of composite films is justified by the ability to combine a durable self-cleaning property with high transmittance, desirable characteristics for applications in photovoltaic modules. The results of characterization of the dirt deposited on the module by X-ray diffractometry indicated the presence of amorphous material, characteristic of organic matter, as well as the minerals kaolinite, calcite, hematite and quartz, results compatible with the Scanning Electron Microscopy images that pointed out the presence of clusters of rounded particles characteristic of organic material and / or soot. The elemental chemical analysis of the dirt indicated a high concentration of carbon and oxygen and also the elements Si, Aℓ, Fe and Cℓ, from the inorganic contaminants identified by X-ray diffractometry. The thermogravimetric analysis resulted in a weight loss of approximately 70% to 1000 °C, corroborating the results that the dirt was composed mainly of organic matter. The coating that showed the best behavior as a self-cleaning surface was the pure TiO2 film, because even reducing the glass transmittance, it maintained a certain constancy in the transmittance values measured every two weeks over a year, which is not observed in the other films and in substrate without coating. Raman spectroscopy identified the mineral phases present in the dirt: hematite, lepdocrocyte and goethite, compounds characteristic of our soil. The results of optical microscopy and SEM / EDS indicated that the TiO2 coating significantly reduced organic particles, requiring in-depth microbiological tests to identify possible microorganisms present in soiling.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG)
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1168
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais
dc.subjectFilmes finos
dc.subjectDióxido de titânio
dc.subjectSuperfície física
dc.subjectSoiling
dc.titleAvaliação da propriedade autolimpante de substratos modificados pela deposição de filmes finos de dióxido de titânio e caracterização morfológica, estrutural e química da sujidade depositada nas superfícies estudadas
dc.typeDissertação

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