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二氧化钛薄膜的应用邢琪3110702011，金属1101班，材料科学与工程学院摘要：本文对二氧化钛薄膜的性质进行了概述，对近年来二氧化钛薄膜及掺杂二氧化钛薄膜在环境、能源、生物、医学等方面的应用作了简要介绍，同时也对研究中存在的问题和将来研究发展的方向进行了简单评述。关键词：二氧化钛（TiO2），薄膜，光催化，亲水性。1.引言（标题靠左侧写，不空格，加粗，宋体，四号）二氧化钛（化学式：TiO2），白色固体或粉末状的两性氧化物，是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。它的熔点很高，也被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。早在上个世纪，科学家已经对半导体光电化学和光催化两个相关领域不但在理论上进行了大量研究，而且在应用研究方面也有了重大突破，如：二氧化钛薄膜的双亲性，这一发现引发了人们对二氧化钛光催化剂研究的又一热潮，近年来，人们对二氧化钛功能薄膜的光催化和亲水性进行了大量的研究，并在理论和应用中取得了可喜的成果，本文现对其研究进展进行简要总结。二氧化钛薄膜的特性二氧化钛有着其独特的性能：第一，即众所周知的光催化性，能分解有机物，具有抗菌防污功能；第二，即超亲水性，利用这一性质可生产防雾、自清洁产品。这两种现象虽然能同时发生在二氧化钛薄膜上，但在本质上是不同的两个过程。在具体情况下，所表现出的亲水性和光催化活性程度也不同。人们已对其机理进行了大量研究，其中光催化机理已趋完善，而亲水性机理迄今为止尚不完全清楚，还存在分歧，有待于更进一步深。2.二氧化钛薄膜在环境保护方面的应用2.1空气净化室内空气主要有害物质是甲醛、甲苯，市场上有很多清除甲醛、甲苯等有毒气体的产品，效果不是很理想，现在的纳米TiO2光催化剂能很好的解决这一问题，它有很强的氧化能力，可以将其分解为CO2和H2O。在室内、建筑物表面涂上纳米TiO2光催化剂，可以有效的降解有害物质，达到净化空气的效果。2.2抗菌自洁作用采用先进的镀膜技术，在玻璃表面形成纳米级微粒和纳米级微孔结构的TiO2的光催化薄膜，在阳光的作用下，光催化剂产生了电子空穴对，以其特有的强氧化能力，将玻璃表面的几乎所有的有机物完全氧化，并降解为相应的无害无机物，在雨水冲刷下便可自洁，从而对环境不会产生二次污染。玻璃表面在催化剂本身的光致的亲水、亲油性的共同作用下，使玻璃表面具有超亲水性，从而使玻璃表面具有自洁、防雾和不易再被污染的功能。日本已经研究开发出TiO2光催化剂数十种，并应用在陶瓷、瓷砖、玻璃纤维等产品中，已取得显著成绩。在我国，北京首都体育馆、北京工人体育场、北京奥体中心采用了光催化自洁材料。TiO2光催化剂不仅有很强的杀菌能力，而且能分解由细菌释放出来的有毒物质，对大肠杆菌的实验证明，紫外光照射30min后，TiO2薄膜表面大肠杆菌死亡率接近80%，约2h后，大肠杆菌完全消除。在医院病房、手术室以及人群密集的区域安放TiO2光催化剂后，可有效杀死细菌，防止感染。2.3光催化有机废水处理TiO2薄膜光催化处理废水已成为目前人类日益关注的问题，这项新的污染治理技术具有能耗低、操作简单、反应条件温和、具有可利用太阳光、能耗低、可减少二次污染等突出优点，能有效地将有机污染物转化为H2O2、CO2、PO3+4、SO2－4、NO－3、卤素离子等无机分子，达到完全无机化的目的。许多难降解或用其他方法难以去除的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等也可利用此法有效去除。仇雁翎等在玻璃纤维网上制备TiO2膜，利用各种测定手段，较为系统地描述了不同热处理温度条件下的膜的形貌特点和结构特征，考察了热处理温度对催化剂活性的影响，随着温度的升高，膜催化降解水中有机物的能力提高。当苯酚初始质量浓度为2mg/L，反应2h，采用4个焙烧温度条件下制得的TiO2薄膜催化剂，对苯酚的去除率都可达90%以上。但这些研究目前大多停留在实验室阶段，故把工业废水深度净化处理推广到实际应用中，将成为今后研究的目标。3.二氧化钛薄膜在能源方面的应用3.1防雾和自清洁功能 TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性，因此其具有防雾功能。如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴，使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。 纳米TiO2具有很强的“超亲水性”，在它的表面不易形成水珠，而且纳米TiO2在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米