二氧化钛超清水薄膜的制备与性能测试

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1、化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：TiO2超清水薄膜的制备及其性能测试年级:2015级材料化学日期：2017/10/11姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵一、预习部分a)超亲水TiO2薄膜简介•TiO2超亲水理论由来：自20世纪70年代以来，日本东京大学的藤岛昭(Fujishima)、桥本和仁(Hashimoto)等人的研究发现，在微弱光下即在太阳光或在日光灯照射下，TiO2吸收近紫外光后，使玻璃表面的有机污物、微生物和细菌分解为CO2和H2O等简单无机物藤岛昭(Fujishima)等人在研究中还发现TiO2薄膜经微弱光照射后，TiO2

2、表面具有两亲性—即超亲水性和光催化活性，如果遮断光源，这种两项特性在黑暗中仍能保持一段时间。1997年Wang等人报道了TiO2薄膜在紫外光照射下具有超亲水性的研究，TiO2薄膜的超亲水特性受到世人瞩目。•纳米自清洁功能：经处理的表面具有超亲水性能。该特性可以使水分完全均匀地在玻璃表面铺展开来，并且完全浸润表面，并通过水的重力将附着于表面上的污染带走，而不会形成水珠，粘附灰尘，从而达到自清洁效果，并保持表面的长期清洁。•光催化功能：在阳光或紫外光的照射下，自清洁纳米薄膜材料对有机物会具有强烈的分解作用，而对无机物不会发生任何作用•防雾作用：水分无法在表面形成水珠，用于玻璃表面

3、的防雾•超亲水表面定义通过表面改性获得跟水滴接触角>150°称为超疏水性表面接触角<5°称为超亲水表面•超亲水表面的化学组成超亲水表面的形成大多数都是光催化物质存在，光催化物质包括锐钛型（Anatase）二氧化钛，金红石（Rutile）二氧化钛、氧化锌、三氧化钨、满载金属（金、铂、银、钯）的二氧化钛和改性聚丙烯腈（PAN）聚合物等。b）超亲水TiO2薄膜合成方法•溶胶凝胶法将已配置的二氧化钛溶胶用旋涂仪旋涂在清洗过的玻璃基底上。旋涂速率为3900～4200rmp将步骤3中制备的二氧化钛/玻璃体系放置干燥箱中，以温度100℃的条件将其干燥20～40分钟将步骤4中的样品取出，放置

4、在马弗炉中。以升温速率为2～3℃升温至480～550℃条件退火2～3小时退火完成后，自然降温至室温，制得超亲水二氧化钛薄膜C）超亲水TiO2薄膜作用原理•在紫外光照射下TiO2纳米颗粒表面生成电子空穴对•电子与Ti4+反应，空穴则与表面桥氧离子反应，分别生成Ti3+和氧空位•空气中的水解离，吸附在氧空位中，成为化学吸附水（表面羟基），化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层•这样在氧空位周围形成了亲水微区，而表面剩余区仍保持疏水性•TiO2表面的纳米结构特性反应进一步加强，在TiO2表面构成了均匀分布的纳米尺度的亲水微区和疏水微区，类似于二维毛细管结构。由于水溶液的

5、液滴尺寸远大于这些微区面积，所以宏观上TiO2表面表现出亲水特性•滴下的水被微区所吸附，从而浸润表面。表面上的这层物理吸附水可阻止污染物与玻璃表面接触，污物漂浮在此水面上，很容易被雨水冲洗掉，使表面能在较长时间内保持清洁和易于清洗。停止紫外光照后，化学吸附的羟基被空气中的氧所取代，又回到疏水的状态。d）超亲水TiO2薄膜的应用•自洁玻璃是指普通玻璃在经过通过特殊的物理或化学方法处理后，使其表面产生独特的物理特性，从而使玻璃不再通过传统的人工擦洗方法而达到清洁效果的玻璃•防雾•节省清洗费用•降低人工清洗使用的清洗剂带来的对玻璃结构的腐蚀和破坏•降低高空清洗作业带来的安全风险•解

6、决非立面建筑墙面，屋面的清洗难题•银的抑菌作用，使玻璃产品具有一定的抗菌、除臭、分解空气中的有害气体和表面有机物的自洁功能e)润湿角的测定当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在。接触角（ContaCtangle），θ，是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。θ介于00-180

7、0之间，是反映物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o时可润湿，θ>90o时不润湿。对于理想的平固体表面，当液滴在表面达平衡后。只有一个特定的接触角。但实际固体表面是非理想的，因而会出现滞后现象，致使接触角的测量往往很难重复。但经过精心制备和处理的表面(使表面平滑、干净),有可能得到较重复的数据，特别是高分子的表面。常用的接触角测定方法:1.量角法液滴角度测量法是测量接触角的最常用的方法之一，如图2（a，b）所示。该方法是将固体表面上的液滴，或将浸入液体中的固体表面