超亲水TiO2薄膜合成解析.ppt

超亲水TiO2薄膜的合成 汇报人： 主要内容 超亲水TiO2薄膜简介 超亲水TiO2薄膜合成方法 超亲水TiO2薄膜原理 超亲水TiO2薄膜的应用 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 超亲水TiO2薄膜简介 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，用于玻璃表面的防雾 超亲水自洁玻璃机理 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 θ 超亲水TiO2薄膜简介 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。 超亲水TiO2薄膜合成方法 溶胶凝胶法 模板剂合成法 层状自组装方法 物理气相沉积法 化学气相沉积法 感应等离子体炬 化学合成法 共沉淀法 超亲水TiO2薄膜合成方法 溶胶凝胶法 将普通玻璃依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗15～20分钟 二氧化钛溶胶的制备。先将10.0～13.0 m1的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）溶于350～450.0ml的无水乙醇中，接着加入14.5～16.0 ml的二乙醇胺（NH(C2H4OH)2），室温下在恒温磁力搅拌器上剧烈搅拌2～3个小时，再加入体积比为H2O：C2H5OH＝1.0～1.1ml：10.0～11.0 ml的混合溶液，继续搅拌约10～20分钟，获得均匀、透明的浅黄色溶胶。最后将配置好的溶胶在室温下陈化48～72小时，得到了均匀稳定的二氧化钛溶胶 玻璃清洗 TiO2溶胶制备 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 玻璃清洗 TiO2溶胶制备 旋涂TiO2溶胶 干燥 退火 自然降温 超亲水TiO2薄膜合成方法 200℃ 300℃ 400℃ 400℃ 超亲水TiO2薄膜合成方法 在温度升高的过程中溶剂挥发，而留在表面上的TiO2开始结晶，但结晶程度会随温度的不同而变化，温度较低时，由于能量较低，故结晶程度不是很彻底。所以形成的表面比较平坦 随着温度的升高，结晶的程度越来越好，而且有的已结晶的粒子开始团聚，形成更大的颗粒，在宏观上看，表面会出现越来越多的颗粒，从而形成颗粒状表面 总体来看，在制备的过程中，溶胶中一些溶剂，退火过程中会发生挥发，溶剂挥发后，将会在薄膜表面形成孔结构，而表面孔结构对TiO2膜的润湿特性有很大的影响 超亲水TiO2薄膜合成方法 当退火温度超过400℃后，表面的晶粒开始长大，平均粗糙度增大，其表面接触角会减小 以往TiO2薄膜只能在紫外光照条件下才能出现超亲水特性，但经过这样退火处理的TiO2薄膜在可见光条件下得到了超亲水特性 超亲水TiO2薄膜合成方法 聚乙二醇模板法 把普通玻璃切割成15×20 mm的小方块，依次用蒸馏水、洗洁精、蒸馏水清洗，最后在乙醇溶液中超声清洗30 min，最后用去离子水清洗并将普通玻璃烘干备用。 二氧化钛溶胶的制备。在室温下，将钛酸丁酯、乙酰丙酮与2/3体积的所需无水乙醇混合并搅拌30min，使其充分混合，配成原液；将另1/3体积的所需无水乙醇、去离子水与浓硝酸充分混合，配成滴加液。将滴加液滴加到强烈搅拌下的原液中，并向混合溶液中一定量聚乙二醇2000，滴加完以后继