溶胶-凝胶法制备改性TiO2薄膜及其非紫外光辐照条件下超亲水性能研究

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具有自清洁特性的超亲水薄膜,以其优异的超亲水性能,在环境净化、生物医学和建筑材料等众多领域有着广泛的实用潜力。然而,TiO2超亲水薄膜的实际应用却一直被限制。一方面,TiO2作为一种宽禁带半导体,只有在紫外光辐照条件下才具有优异的超亲水性,维持其超亲水性能强烈依赖于紫外光诱导,无法实现可见光响应或暗态下的超亲水性;另一方面TiO2超亲水薄膜受限于制备工艺的复杂和生产成本的高昂。因此,本文以钛酸正丁酯(Ti(OBu)4)为钛源,采用工艺操作简单、适合工业生产等优点的溶胶-凝胶法(Sol-Gel),结合浸渍提拉技术(Dip-coating)在钠钙玻璃基底表面制备了TiO2薄膜。并以非离子型表面活性剂聚乙二醇(PEG)为模板剂,对TiO2薄膜表面形貌进行物理改性修饰,制备出具有非紫外光辐照条件下超亲水性的改性TiO2薄膜。通过紫外-可见光光谱分析、接触角测试、AFM原子力显微分析等测试技术研究了TiO2薄膜的自清洁性能。  主要研究结果如下:  1、采用溶胶-凝胶法及浸渍提拉技术,以非离子型表面活性剂PEG为模板剂,在钠钙玻璃基底表面改性制备了多孔TiO2薄膜。通过考察前驱体配制及镀膜工艺的影响因素,获得了制备TiO2薄膜的最佳工艺。实验发现,影响TiO2薄膜制备的主要因素为前驱体反应物、pH值、镀膜次数、提拉速率、热处理温度等。  2、研究了PEG改性前后TiO2薄膜的机械性能、光学性能、浸润性能等特性。结果显示,制备的TiO2薄膜具有杰出的机械力学性能,在可见光区段内(400~800nm)具有优异的透光率(>90.00%)。未改性的TiO2薄膜在非紫外光辐照条件下的水接触角为19.8°,表现出亲水性。经PEG改性后,TiO2薄膜表面出现了纳米尺寸的孔状结构,具有非紫外光辐照条件下的超亲水性及较佳的防雾特性。因此,该薄膜在自清洁材料的开发方面具一定的实用价值。并利用Wenzel理论模型和Cassie理论模型对TiO2薄膜非紫外光辐照条件下超亲水现象进行了解释。
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