Nanostructured ZnO and CuI Thin Films on Poly (Ethylene Terephthalate) Tapes for UV-Shielding Applications

Abstract

In this work, we study a suitability for protection against terrestrial ultraviolet part of the solar spectrum of undoped and doped by indium zinc oxide thin nanostructured films, ZnO and ZnO:In, respectively, and cuprous iodide (CuI) films obtained via Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) techniques on the lightweight low cost poly(ethylene terephthalate) (PET) flexible substrates. The film morphology is observed by scanning electron microscopy (SEM). Chemical compositions of the films are investigated by X-ray fluorescence (XRF) microanalysis. To research crystal structure we used X-ray diffraction (XRD) method. The UV-protection ability of the nanostructured thin films, PET tapes and samples consisting of the PET substrates and the films deposited on them by the SILAR method has been evaluated on the base of their optical properties in accordance with an international standard ISO 2443:2012(E) “Determination of sunscreen UVA photoprotection in vitro”. According to the research, nanostructured ZnO, ZnO:In and CuI thin films made by the cheap, affordable, and suitable for mass production SILAR method on thin flexible cheap PET substrates have been proposed as a new material for UV-shielding applications. In accordance with an international standard ISO 2443:2012(E), UV-protection ability of the samples consisting of the PET substrates and the films deposited on them by the SILAR method fits the category “excellent” (50+). The best low cost flexible and lightweight UV shielding material turned out to be that consisted from ZnO:In film and PET substrate, the sun protection factor of which equals 157.

У роботі ми вивчаємо придатність для захисту від земної ультрафіолетової частини сонячного спектра нелегованих і легованих індієм тонких наноструктурованих плівок оксиду цинку, ZnO і ZnO:In, відповідно, і плівок йодиду міді (CuI), отриманих методом послідовної адсорбції та реакції іонних шарів (SILAR) на легких і недорогих гнучких підкладках з полі(етілентерефталата) (ПЕТ). Морфологія плівки спостерігалася методом скануючої електронної мікроскопії (SEM). Хімічний склад плівок досліджено методом рентгенофлуоресцентного (XRF) мікроаналізу. Для дослідження кристалічної структури ми використовували рентгенодифракційний метод (XRD). Здатність УФ захисту наноструктурованих тонких плівок, стрічок ПЕТ і зразків, що складаються з підкладок ПЕТ і плівок, нанесених на них методом SILAR, була оцінена на основі їх оптичних властивостей відповідно до міжнародного стандарту ISO 2443:2012 (E) «Визначення фотозахисту від УФА сонцезахисних кремів in vitro». Згідно з дослідженням, наноструктуровані тонкі плівки ZnO, ZnO:In і CuI, виготовлені дешевим, доступним і придатним для масового виробництва методом SILAR на тонких гнучких дешевих ПЕТ підкладках, були запропоновані в якості нового матеріалу для застосування в області екранування від ультрафіолетового випромінювання. Відповідно до міжнародного стандарту ISO 2443:2012 (E) здатність до УФ-захисту зразків, що складаються з ПЕТ-підкладок і плівок, нанесених на них методом SILAR, відповідає категорії «відмінно» (50+). Кращим недорогим, гнучким і легким матеріалом, що захищає від ультрафіолетового випромінювання, виявився матеріал, що складається з плівки ZnO:In і ПЕТ підкладки, у якого сонцезахисний коефіцієнт дорівнює 157.