Wettability of the Cotton and Polyester Fabrics Coated by Nanostructured Indium-doped Zinc Oxide Layers

Abstract

Тонкі плівки легованого індієм оксиду цинку (ZnO:In) осаджувалися на тканини бавовни (Ct) і поліестеру (PET) методом послідовної адсорбції та реакції іонного шару (SILAR) з метою створення зручного в носінні, нетоксичного, легкого, і повітропроникного текстилю. Таким чином, ми отримали матеріали з ієрархічною мікро- та наномасштабною шорсткістю ZnO:In/Ct і ZnO:In/PET, відповідно. Отримані плівки ZnO:In мають однофазну нанозернисту полікристалічну гексагональну структуру типу вюрцит. Показано, що властива бавовні гідрофільність забезпечує змочуваність тканини ZnO:In/Ct як до, так і після вакуумного відпалу. Навпаки, тканина ZnO:In/PET гідрофобна, її кут контакту з водою CA дорівнює 140°. Виявилося, що можна надати супергідрофобні властивості тканині ZnO:In/PET без будь-якого додаткового просочувального шару за допомогою вакуумного відпалу при 200 °C протягом 1 або 2 год. Супергідрофобність цієї тканини була підтверджена як статичними, так і динамічними вимірами CA = 160° та гістерезисом контактного кута CAH = 10°, відповідно. Стан змочування Кассі-Бакстера для відпаленої тканини ZnO:In/PET визначається за допомогою техніки випаровування крапель води. Під впливом ультрафіолетового (УФ) випромінювання (26 Вт, довжини хвиль в діапазоні 315-400 нм) протягом 60 хв відпалені у вакуумі тканини ZnO:In/PET перетворюються із супергідрофобних у гідрофобні, їх СА зменшуються з 160° до ~ 130° і повертаються через 9 днів зберігання в темряві. Таким чином, ми отримали супергідрофобну тканину, яка залишається незмочуваною в умовах експлуатації на сонячному світлі.

Indium-doped zinc oxide (ZnO:In) thin films were deposited onto cotton (Ct) and polyester (PET) fabrics via Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) method for the purpose of developing comfortable to wear, nontoxic, lightweight, and air-permeable textile. Thus, we obtained materials with hierarchical micro- and nanoscale roughness ZnO:In/Ct and ZnO:In/PET, respectively. The obtained ZnO:In films have a single-phase nanograined polycrystalline wurtzite hexagonal structure. It has been shown that the inherent cotton hydrophilicity provides wettability of ZnO:In/Ct fabric both before and after vacuum annealing. On the contrary, the ZnO:In/PET fabric is hydrophobic, its water contact angle CA equals 140°. It turned out that it is possible to impart superhydrophobic properties to the ZnO:In/PET fabric without any additional impregnation layer by means of post-growth vacuum annealing at 200 °C for 1 or 2 h. The superhydrophobiсity of this fabric was confirmed via both static and dynamic measurements of CA = 160° and contact angle hysteresis CAH = 10°, respectively. The Cassie-Baxter wetting state for the annealed ZnO:In/PET fabric is identified through a water-drop evaporation technique. Upon exposure to ultraviolet (UV) radiation (26 W, wavelengths in the 315-400 nm range) for 60 min, the vacuum annealed ZnO:In/PET fabrics are transformed from superhydrophobic to hydrophobic, their СAs reduced from 160° to ~ 130° and returned after 9 days of storage in the dark. Thus, we obtained a superhydrophobic fabric that remains non-wettable under operating conditions in sunlight.