超亲水性纳米tio2薄膜在汽车挡风玻璃自清洁上的应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 超亲水性纳米 TiO2 薄膜在汽车挡风 玻璃自清洁上的应用研究 【摘 要】论文采用溶胶凝胶 法制备掺杂改性的纳米超亲水性 TiO2 薄膜，采用 XRD 衍射仪对薄膜的晶型 及粒径进行表征，重点考察了薄膜的亲 水性及光催化性能。结果表明，制得的 超亲水性纳米 TiO2 薄膜，具有良好的 透光性能、与玻璃间的结合力良好、耐 磨、耐腐蚀性较好，亲水性及光催化活 性较高，具有防雾、防尘、防霜的效果。 薄膜表面平整、光滑，具有自清洁作用， 能够使用于汽车挡风玻璃。 中国论文网 /4/view-12909760.htm 【Abstract】 A thin film of -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 namometer TiO2 thin film was made by sol-gel method. The crystalline structure of TiO2 thin film was examined by X-ray diffraction. And we mainly studied the super-hydrophilic and photocatalitic activity of TiO2 thin film. The results indicates that ， namometer TiO2 thin film has good transmission performance， good combining power between the glass， good abrasion resistance， good corrosion resistance， high hydrophilicity and photocatalytic activity， with anti fog， dustproof， anti frost effect. The surface of the film is smooth， and has fuction of self-cleaning， it can be used to make car windshield. 【关键词】超亲水性； TiO2 薄 膜； 汽车； 纳米材料； 自清洁 【Keywords 】super- hydrophilicity； TiO2 film； automobile； namomaterials； self- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 cleaning 【中图分类号】TQ127.2 【文献 标志码】A 【文章编号 】1673- 1069（2017）04-0155-03 1 引言 下雨或潮湿天气时，汽车挡风玻 璃、汽车观后镜等玻璃制品上会凝结一 层水汽或水珠。玻璃的可视性受到严重 的影响，给人们的生活带来不便。玻璃 表面沾附着的灰尘、油污等微粒也会影 响玻璃的能见度或玻璃的透光率1。为 了消除玻璃表面的水滴所带来的能见度 降低的问题，一种较为有效的方法是在 玻璃表面涂覆一层纳米 TiO2 亲水性薄 膜。 本文采用溶胶凝胶法，通过掺 杂 SiO2 对纳米 TiO2 薄膜进行改性研究， 制备出纳米 SiO2/TiO2 复合薄膜。该纳 米复合薄膜表现出极好的透光率且与玻 璃间的附着力良好。在实际应用中展现 出优异的亲水性及光催化活性，具有一 定的应用开发前景。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2 纳米 TiO2 薄膜的制备 2.1 溶胶凝胶法原理2，3 溶胶-凝胶法是 20 世纪 60 年代 发展起来的制备玻璃、陶瓷等无机材料 的新工艺。Sol-gel 法的工艺过程包括溶 胶的制备，溶胶凝胶的转化以及凝胶干 燥三步。按照溶胶的形成方法或存在状 态，溶胶凝胶工艺可分为无机途径和有 机途径。 溶胶-凝胶法最主要的物理化学 过程就是由溶胶变成凝胶的阶段要发生 的水解缩聚反应，而水解反应和缩聚反 应是一对同时进行的竞争反应。反应方 程如下： 水解反应： Ti（OR）4+xH2OTi（OH） x（OR）4-x+XROH（X4） 溶胶向凝胶的转化过程即膜的凝 胶化过程，反应方程如下： TiOH+HOTi TiOTi+H2O（脱水聚合反应） 或TiOH +ROTi- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 TiOTi+ROH（脱醇聚合反应） 式中 R=C4H9 2.2 纳米 TiO2 薄膜亲水性原理 由于水溶液的液滴尺寸远大于这 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4 ，5 。 2.3 纳米 TiO2 薄膜的制备 采用正硅酸乙酯（TEOS）和钛 酸四丁酯合成前驱体溶液，将质量比为 1420.03 的 TEOS无水乙醇 H2OHCl 混合溶液加入到 500mL 的三 口烧瓶中，热到 70，回流搅拌 2h， 制得 SiO2 溶 z。然后将质量比为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 114 的乙酰丙酮钛酸四丁酯无 水乙醇的溶液混合搅拌 30 min，加入与 混合溶液同样的体积无水乙醇、H2O 及 HCl 的溶液，其中 TEOS+钛酸丁酯 H2OHCl 的质量比为 120.03，TiSi 的摩尔比为 116。 将经过超声清洗过的干净、洁净 的载玻片匀速浸入上面配制好的溶胶中， 静置一段时间后，以 3 cm/min 的提拉 速度垂直向上提拉载玻片，放入 100 的烘箱中干燥 10min，最后进行 500 并保温 1h。制得所需要的 SiO2/TiO2 复 合薄膜。 3 结果与讨论 3.1 薄膜中纳米 TiO2 晶型及晶 粒 复合薄膜经 500处理后，样品 的 XRD 谱图如图 1 所示。从图上可以 看出，衍射峰均为锐钛矿型 TiO2 的特 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 征衍射峰，因此加入 SiO2 后没有改变 TiO2 的锐钛矿晶型。根据谢乐公式， 计算出纯 TiO2 薄膜中 TiO2 粒子的粒径 为 20 nm，SiO2/TiO2 复合薄膜中 TiO2 粒子的粒径为 15 nm，表明在同样的制 备条件下，添加 SiO2 可以减小纳米薄 膜 TiO2 粒子的粒径。原因在于，掺杂 SiO2 后，抑制了锐钛矿相金红石相的 转变，使 TiO2 的晶型转变温度升高， 晶粒明显减小。这主要是因为，掺杂 SiO2 后，煅烧过程中， Si 进入到 TiO2 的晶格中，形成 Si-O-Ti 键。TiO2 颗粒 间的相互接触被 SiO2 颗粒或 Ti-O-Si 键 阻碍，使 TiO2 晶粒在热处理过程中不 易长大，晶粒生长和晶型转变受到抑制 作用。 3.2 SiO2/TiO2 复合薄膜 亲水性 不同薄膜在光照条件及避光条件 下，薄膜表面的亲水性数据见表 1、表 2 所示。从两表中接触角的变化数据可 以看出，随着光照时间的延长，薄膜表 面的亲水性逐渐提高，随着避光时间的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 延长，薄膜表面的接触角逐渐提高，薄 膜的亲水性逐渐消失。 却TiO2 薄膜和 SiO2/TiO2 复合薄膜，可以看出，SiO2/TiO2 复合 薄膜的亲水性及避光后亲水性的维持能 力较纯 TiO2 薄膜的好。主要原因在于， 加入 SiO2 后， SiO2 表面可吸附水形成 与硅原子相对称的表面羟基团，其表面 羟基具有很好的稳定性，成为稳定的物 理吸附水层。 3.3 薄膜光催化性能 图 2 为纯 TiO2 薄膜和 SiO2/TiO2 复合薄膜对甲基橙溶液的降 解曲线。从图中的曲线可以看出，两种 薄膜的降解率均较高，且 SiO2/TiO2 复 合薄膜的降解率优于纯 TiO2 薄膜。这 是因为 SiO2 加入提高了 TiO2 表面的酸 度，且可以在 TiO2 表面形成更好的吸 附位和较强的羟基团，生成强氧化性的 活性羟基，增强了光催化反应9。同时， 薄膜能生成大量的有利于光生空穴和电 子分离的表面层，减小了电子空穴在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 TiO2 表面的复合几率，使薄膜的光催 化效率大大提高。 4 结论