纳米二氧化钛薄膜防雾防水性质及其应用

接 触 角 越 小 防 雾 效 果 越 好 。 方 法 防 雾 效 该
超 亲 水 特 性 。 止 光 照 将 Ｔ Ｏ， 膜 在 黑 暗 术 ： 停 ｉ 薄 溶胶 中 表 面 活 性 剂 覆 盖 在 二 氧 化 钛 前 果 好 、 磨 、 溶 剂 ， 玻璃 防 雾 开 辟 了新 耐 耐 为 中放 置一 段 时 间 ， 触 角会 逐 步 增 大 ， 接 重新 驱 体 周 围 ， 以 减 慢水 解 和 凝 胶 速 率 ， 可 领 域 。 可 并 恢 复 到 疏 水 状 态 ， 再 经 照射 又 会 变 成 超 作 为 致 孔 剂 ， Ｔｉ 形 成 多 孔 的 无 机 网 络 ３ ３ 杀菌 消毒薄膜 若 使 Ｏ， ．
良好 的 自清 洁 效 果
法是 目前 制 备 无 机材 料 薄 膜 使 用较 广 的方 以前 一 般 是 将 含 表面 活性 剂 的 所谓 防雾 剂
法 。 原 理是 ， 适 宜 的无 机 盐 或 有机 盐 为 其 以 或 是 有 机 亲 水 涂 层 喷 涂 干 玻 璃表 面 。 雾 防 原 料 制 备溶 胶 ， 溶胶 涂 覆 在 基 材 表面 ， 把 经 水解和缩 聚反应等在基材表面胶凝 成膜 ， 再 经干 燥 、 烧 与烧 结 获 得 表 面 膜 。 备 焙 制 Ｔｉ 薄 膜一般 以ＴｉＯＣ Ｈ。 ， Ｃ Ｔｉ Ｏ Ｏ， （ ） Ｔｉ Ｉ， ＯＳ
摘 要： 筒述 了Ｔ Ｏ 薄 膜 材 料 的 超 隶 水 性 机 理 ， 括 了制 备Ｔｉ 膜 的 基 本 方 法 并 主 要 介 绍 了溶 胶 一 凝 胶 法 ， 点 介 格 了Ｔ Ｏ。 膜 超 隶 水 ｉ 概 ０２ 薄 重 ｉ 薄 性材料 在 自清洁建 材 ， 防雾涂 层 ， 茵消毒等 方 面的应 用现 状 与发展前 景 ，并展 望 了今 后 的研 究工作 。 杀 ‘ 关键 词 ： 叶 效 应 Ｔ Ｏ 薄膜 超 亲水 性 自清 洁 抗 雾性 杀 茵 消毒 荷 ｉ 中图分 类号 ： ３ Ｏ４ ７ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ７ —０ ８ ２ １ ） １ ｃ－Ｏ ２ －０ １ ４ ９ ｘ（ ０ １ （） １ ６ ２ ６ ０
荷叶 的 拒 水 自洁 性 称 为 荷 叶 效 应 ， 德
国波 恩 大 学 植物 学 家 Ｂａ ｔｌ ｔ￣ Ｎｅｎ ｉ研 ｒｈｏ ｔＩ ｉｈｕｓ ｌ
薄 膜 具 有 自 洁 去 污 、 清 洗 、 水 雾 等 功 易 防
能 ， Ｏ， 导 体 光 催 化 材 料 及 由 其 制 成 的 Ｔｉ 半
镜、 汽车 玻 璃 、 层建 筑 物 的幕 墙 玻 璃等 场 高
所 。 ０ ５ 建 成的 Ｃｈｕ ｕ国 际机场 中 ， 用 ２０年 ｂ 采
究 发 现 这种 自清 洁 特征 是 由粗 糙 表 面 上微 超 亲 水 性 薄 膜 材 料 将 会 在 保 护 公 共 环 境 ，
米 结 构 的乳 变 以 及表 面蜡 状 物 的 存 在共 同 引起 的 ｌ。 后 江 雷 博 士 首 创 “ 元 协 同纳 ｌ此 １ 二 米 界 面结 构 ” 证 实 这种 微 一 纳 米 相结 合 的 ， 阶 层结 构 是 荷 叶表 面 表 现 出 超疏 水 性 的 根 本原 因１ 。 ２ 中科 赛 纳玻 璃 技 术有 限 公 司据 此 １ 开发 出 了高透 低 反 射 纳米 自清 洁Ｔｉ 涂 层 Ｏ， 材料 ， 温 条 件 下 在 玻 璃 表 面应 用 直 接 涂 常 覆 的加 工 工艺 ， 可形 成 超 双 亲 纳米 Ｔｉ ０ 薄 膜 ， 滴 在 其 表 面 完 全 铺 展 ， 成 均 匀 水 水 形
化 学 气相 沉 积 法 （ ＶＤ） 电化 学 制 备 方 法 ， Ｃ ，
自组 装 制 备 方 法 ， 雾 热 分 解 沉 积 技 术 （ 喷
Ｓ ＰＤ） 相 制 备 方 法 包 括 溶 胶 一凝 胶 法 ， 液 液
或 其 它溶 剂 冲 刷 后 即 自然 干 净 ， 而 达 到 从
相沉 积 法和 水 解 一 沉淀 法 。 中溶 胶 一凝 胶 射 在 玻 璃 上 的 光 线 被 漫 射 而 变 得 不 透 明 。 共
膜 ， 附 于 基 材 表 面 的 灰 尘 等 污 染 物 被 水 粘
了２ ０ ０ 新 型 的 自洁 净建 材 。 ０ ０ ｍ 日本 开发 的
汽车 后 视 镜 用 自清洁 ＰＥ Ｔ薄 膜 和汽 车车 身
创造 舒 适 清 洁 无污 染 的 生 活 空 间 方 面具 有 广 阔 的应 用 前 景 ， 的 光 催 化 特 性 及 超 亲 它 水 性 因而 被 誉 为 “ 清 洁 革 命 ” 光 。
Ｔｉ 光 催化剂也 可以用 来杀 菌， ｋｕ ｈ Ｏ， Ｋｉ ｃ ｉ
的 条件 下 ， ０ 表 面 的 超 亲 水 性 起 因 于 其 体 ， 过溶 胶 一凝 胶法 对 比 了非 离 子 表 面活 Ｙ等 用 制 备 的Ｔｉ ， 灭 大 肠 杆 菌 ， 果 良 Ｔｉ 通 Ｏ杀 效
性剂 Ｐｌｒ ｎ ｃ聚 丙二醇 与环氧 乙烷 的加聚 好 。 了杀 灭 和 抑制 细 菌 的生 长 ， 们 开发 ｕ ｏ ｉ（ 为 人 ｈ Ｔｉ 抗 菌涂料 和瓷 砖 。 ａ ａ Ｈ等把 强氧 ￣ Ｏ， Ｓ ｋｉ 化 性 的Ｔｉ 溶 液注 入到 老 鼠肿 瘤上 ， Ｏ， 然后 进 明溶 胶 中 加 入Ｐｌ ｒ ｎ ｃ￥得 的薄 膜 的 催 化 ｕ ｏ ｉ ｆ］ 光催 化 剂 禁 带 宽 度 为 ３． ｅ 在 波 长 小 于 物 ） ２ Ｖ， 对Ｔｉ 薄膜 光 催 化性 能 的影 响 ， 果表 Ｏ， 结
专 用超 亲 水 材 料 ， 已被 日产 汽 车 公 司 采 均
用 。 测 算 ， 自清 洁 材料 涂 装 的汽 车可 以 据 用
减 少 洗 车 用 水 ９ ％。 我 国 ， 京 首都 体 育 ０ 在 北
２纳米二氧化钛薄膜的制备
纳 米 二 氧 化 钛 薄 膜 的 制 备 方 法 有 很 多， 要分为液相制备方法 ， 理制备法 ， 主 物
雾和 自清洁 的功 能 。 当水 在Ｔ Ｏ， 膜表 面 的 ｉ 薄
Ｃ ＯＯ ＮＨ ＯＨ等 为催 化剂 。 Ｈ Ｃ Ｈ， 实验 中先 接触 角 小 于 １ 。 有 高的 流 动性 ， 接触 角 具 ５ 当
心旋 转 法 、 渍 提 拉 法 、 镀 法 在 基 材表 面 浸 喷
到紫 外 光 照射 后 ， 触 角 （ 固液 气 三 相 交 用 超 声 波 清 洗 器清 洗 基 材 ， 后 可 以 用 离 小于 １ 。 有 自清 洁效 果 （ 的 水 膜 存 在隔 接 在 然 ０时 薄
断 污物 与 玻 璃 的结 合 ， 淋 可 以 产 生 自动 雨 清 洗 的 效 果 ） 小 于 ７。 有 防 雾 的 效 果 ， ， 时 且 内部 到达 固液 交 界 线 之 间的 夹 角称 为接 触 涂 膜 ，目前 ， 用 较 多 的 是 浸 渍 提 拉 法 。 采 近 角） 迅速 变 小 ， 最后 达 到０度 。 就是 Ｔｉ 的 年 来 出现 了表 面 活 性 剂 辅 助溶 胶 一凝 胶 技 这 Ｏ，
馆、 北京 工人 体 育 场 、 京 奥 体 中心 也 都 用 北
光 催 化 自清 洁 材 料 进 行 了装 饰 。
３ ２防雾涂 层 ． 玻 璃 防 雾 是 一 个 与 生 产 和 生 活 密 切相
关 的 课 题 。 谓 “ 璃 结 雾 ” 是 湿 气或 蒸 所 玻 就
气 在 玻 璃 表 面 形 成 大 量 细 小 的 水 滴 ， 照 使
的Ｔｉ 表 面 能 发 生 水 的 氧 化还 原 反应 ， Ｏ２ 从 而 揭 开 了 光催 化 反 应 的 序 幕 。 ９ ７ 东 京 １９ 年 性现象 ， 即水 与Ｔｉ 半 导 体 表面 接 触 ， Ｏ， 当受 界 处 ， 气 液界 面 切 线 ， 作 自此切 线 经 过液 体
大学 的ｗａ ｇ Ｊ ｎ［ 发现 ＴＴ Ｏ 薄 膜具 有 超 亲水 为 原 料 ， 醇 等 为 溶 剂 ， ｉ， 乙 ＨＮＯ Ｈ Ｃｌ， ，
１纳米二氧化钛 薄膜超亲水性原理
ｌ ７ 年 Ｆ ｊｓ ｉ 和 Ｈｏ ｄ 现 了 光 照 ９ ２ ｕ ｉｈ ｍａ ｎ ｔ发
剂 配制 简单 ， 用 方 便 ， 防 雾 持 久 性 差 ， 使 但 而 有 机 涂 层 同样 存 在 硬度 、 水性 等 问 题 。 耐 而 玻 璃表 面 镀 ＿ Ｔｉ ， 膜 后在 紫外 光 照射 ｋ Ｏ薄 下 ， 面 具 有 高 度 的 亲水 特 性 ， 表 从而 具 有 防
电子 空穴 １ ， 穴与 表 面 桥氧 离子 反应 形 性 能 几 乎 为 不 加 时 的 两 倍 。 对 空 用 吸附 空 气 中的 水分 ， Ｔ ”缺 陷周 围形 成 ３ 纳米二氧 化钛薄膜 的应用 在 ｉ 了高 度 亲 水 的 微 区 ， 表 面 剩 余 区 域 仍 保 ３ １自洁 净薄膜 而 ． 持 疏 水 性 ， 样在 Ｔｉ 表 面 构 成 了均 匀 分 这 Ｏ，
Ｑ ２ Ｑ
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Ｓ ｉｎ ｅ ｅ ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｊｎ ｖ ｔ ｎ Ｈ ｒ ｌ ｃ ｅ ｃ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ａ ｉ ｅ ａｄ ｏ
化 学 工 业
纳 米 二氧 化 钛 薄 膜 防 雾 防 水 性 质 及 其 应 用 ①
郑相名 袁 木养 何一庭 蔡继业 （ 讯作 者 ） 通 （ 暨南大学 化学系 广州 ５ ６ ２） １ ３ ０
亲水 状 态 。 此现 象 的机 理为 ， 紫 外 光 照射 结构 。 ｅｎ ｇ ｊ 在 Ｃ ｒｉｏ Ｕ等用钛 酸异 丙醇酯 为前驱 表 面 的结 构 变化 。 锐 钛矿 结 构 的Ｔｉ ， 对 Ｏ，其 ３ ７ ｍ的 紫外 照 射 条 件 下 ， 膜 表 面 产 生 ８ｒ ｉ 薄
成 氧 空 穴 ， 空 穴 通 过 化 学 和 物 理 吸 附 作 氧
细 菌释 放 出 的 有毒 物 质 ， 彻底 杀 灭 细菌 。 即 黄 色 葡 萄球 菌在 光 照２ 分 钟 内 灭 菌率 达 到 ０
（ 下转 １ 气 中 的 氧 取 代 ， 重新 化 剂 。 目前 ， Ｏ 薄 膜 由于其 优 异 的 自清 洁 掺杂 在 Ｔ Ｏ， 催化 膜 表 面的 大 肠 杆 菌和 金 Ｔｉ ， ｉ 光