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纳米自清洁涂层

超亲水自清洁

2018-09-29   点击:83次

自从1972年TiO₂光催化特性由日本藤屿昭教授发现以来,以其为代表的光催化材料已得到广泛的研究,TiO₂光催化剂可将许多生物法、化学法、无法降解的环境污染物完全分解,且不会造成二次污染,另外,它还具有杀菌、除臭等功能。可进一步净化、改善我们的生活环境。

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        1 TiO₂表面超亲水性原理

通常情况下,TiO镀膜表面与水有较大的接触交,但经紫外光照射后,水的接触角减少到5度以下,甚至可达到0度(即水滴完全浸润在TiO₂表面),显示非常强的亲水性,停止光照后,表面超亲水性可维持数小时到1周左右。采用间歇紫外光照射就可使表面始终保持超亲水状态。

进一步研究表明TiO₂表面的超亲水性不同于TiO₂的光催化的氧化分解特性,理由如下:①TiO₂表面超亲水程度与有机物的光分解效率无关.在一些完全没有光催化活性或光催化活性很低的TiO₂单晶或多晶表面均观察到了超亲水特性; 一些金属离子(如铜)掺杂可提高TiO₂的光催化氧化反应.但却降低了TiO₂表面的超亲水特性;③与光催化氧化反应所要求的TiO₂表面多孔化、化学反应面积尽可能大不同.平滑、致密的表面更有利于其超亲水特性。

2  TiO₂表面的超亲水性的影响因素

 2.1 紫外线光照射时间和强度

一般而言,随光照时间的增加,TiO₂表面的亲水区尺寸增大,有利于提高表面的亲水特性,当亲水区域达到临界点时,水的接触角可达0°,出现超亲水性。

紫外光强度也影响到TiO₂表面的超亲水特性,若紫外光强度低于20mW/cm²,长时间的紫外光照射也不能使TiO₂表面亲水,这主要是由于过低的紫外光能量不能激发TiO₂价带电子的跃迁,也就很难形成表面缺陷态。

2.2 热处理

将表面疏水化的TiO₂+150°热处理,表面逐渐呈亲水状态,400℃左右与水的接触交可达0°,即表现为良好的亲水性。TiO₂表面热处理后对水的浸润性的变化,可能是由于形成了与光照射条件下同样的表面缺陷态,从而有利于水分子的吸附,即热处理也可激发或恢复表面的超亲水性。

3  超亲水性的应用

 3.1 表面防雾、防露性

建筑物窗玻璃、运输工具的窗玻璃、挡风玻璃及后视镜、浴室镜子、眼睛镜片、测量一起的罩玻璃等物品,在其表面涂一层TiO₂薄膜时,即使空气中的水分或蒸汽凝结,冷凝水也不回形成单个水滴而是构成均匀的水膜,所以表面不会发生光散射的雾。即使淋上雨水,在表面附着的水滴也会迅速扩散呈均匀的水墨,所以不会形成分散的影响视线的水滴,使得表面维持高度的透明性,这样可确保广阔的视野和能见度,保证车辆及交通的安全,提高各种工作及活动的的效率。

3.2 防污自清洁效应

实验表明,镀有TiO₂薄膜的表面与未镀TiO₂薄膜的表明相比,显示出高度的自清洁效应。当镀有TiO₂薄膜的表面与污染物接触时,因其表面具有超亲水性,污染物不易在附着,即使附着也是和外层水膜结合,附着的污染物在外部风力,水淋冲力,自重等作用下,能自动从TiO₂表面剥落下来,阳光中的紫外线足以维持TiO₂薄膜表明剥落下来,阳光中的紫外线足以维持TiO₂薄膜表面的亲水特性,从而时其表面具有长期的防污自清洁效应。利用TiO₂的光催化氧化作用虽然可分解聚集在表面的有机物达到防污目的。

结语

结合TiO₂的光催化作用和超亲水这两个方面特性,应用于玻璃,陶瓷等建筑材料,利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光作激发源,不仅能使建材表面具有净化空气、杀菌、除臭、防污等环保功能,而且可使建筑物的清晰、保洁费用大量节省,使林立的高楼大厦外貌始终清洁如新。且TiO₂的涂膜表面的超亲水性可维持达10年以上,因而其应用有着较强的实用性。                                                                                                                      文献来源:高铁等著TiO₂表面超亲水性)