Riassunto analitico
This project is based on a deposition technique called Aerosol Deposition. The aim of this work is to produce a coating of CuFeO2 material for photoelectrochemical applications, in particular to produce hydrogen by water splitting through illumination by sunlight.
To achieve this, different particle size distributions of powder (2 µm, 1 µm, 0.6 µm) have been tested. Coatings were carried out on X5CrNi1810 stainless steel substrates by varying different deposition parameters, such as: gas pressure in the nozzle, number of layers, substrate temperature, carrier gas. Once the best parameters and powders for the steel substrates were found, several coatings were performed on a particular type of glass, coated with fluorine-doped tin oxide, which is conductive and particularly suitable for photoelectrochemical applications.
The characterisation techniques used are: laser diffraction to analyse the particle size distribution; scanning electron microscopy (FIB - SEM) and image analysis to calculate the thickness of the coating and the percentage of porosity within it; Raman spectroscopy and X-ray diffraction to analyse the initial powders.
The results show that, on a steel substrate, the finest powders, i.e. with an average size of D50 = 0.6 µm, are the ones that deposit best.
The porosity decreases if the pressure in the nozzle is increased (≈ 2880 mbar), particularly if helium is used as a carrier gas.
Heating the substrate has a beneficial effect, as the porosity of the coating further decreases and it adheres better to the substrate.
Coatings on glass substrates, on the other hand, have not been very successful. The parameters used to obtain the latter coatings must be optimised by experiments subsequent to this one.
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Abstract
Il progetto in esame si basa sulla tecnica di deposizione chiamata Aerosol Deposition. Lo scopo di questo lavoro è quello di realizzare un rivestimento in materiale CuFeO2 per applicazioni fotoelettrochimiche, in particolare per la produzione di idrogeno tramite scissione dell’acqua mediante illuminazione da luce solare.
Per realizzare ciò, sono state testate diverse distribuzioni granulometriche di polvere (2 µm, 1 µm, 0.6 µm). Sono stati eseguiti rivestimenti su substrati in acciaio inossidabile X5CrNi1810 facendo variare diversi parametri di deposizione, quali: pressione del gas nell’ugello, numero di layers, temperatura del substrato, gas vettore. Una volta trovati i parametri e le polveri migliori per i substrati in acciaio, sono stati eseguiti diversi coating su un particolare tipo di vetro, rivestito di ossido di stagno drogato con fluoro, perciò conduttivo e particolarmente adatto per applicazioni fotoelettrochimiche.
Le tecniche di caratterizzazione utilizzate includono: diffrazione laser per analisi della distribuzione granulometrica delle particelle; microscopia a scansione elettronica (FIB - SEM) e analisi di immagine per il calcolo di spessore del rivestimento e percentuale di porosità all’interno dello stesso; spettroscopia Raman e diffrazione a raggi x per l’analisi delle polveri iniziali.
I risultati ottenuti mostrano che, su substrato in acciaio, le polveri che si depositano meglio sono quelle più fini, ossia con dimensione media D50 = 0.6 µm.
La porosità diminuisce se si aumenta la pressione nell’ugello (≈ 2880 mbar), in particolare se si usa elio come gas vettore.
Riscaldare il substrato ha un effetto benefico, in quanto la porosità del rivestimento diminuisce ulteriormente ed esso risulta meglio adeso al substrato.
I rivestimenti ottenuti su substrati di vetro, invece, non hanno dato risultati entusiasmanti. I parametri usati per ottenere questi ultimi rivestimenti devono essere ottimizzati da esperimenti successivi a questo.
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