第七章自清洁玻璃的研究进展名师编辑PPT课件

2002 年英国Pilkington 公司利用CVD 技术沉 积制造出了世界第一块应用型自清洁玻璃,并已推 广应用
2002 年,古巴哈瓦那大学的Zumeta 和西班牙巴 塞罗那大学Ayllon等合作研究了以微波活化沉积 化学法在导电ITO 涂层上制备纳米TiO2 薄膜。 2003 年,英国Pilkington 公司的Sanderson采用 APCVD 方法制备了TiO2 自清洁玻璃。 国内的专利方面, 目前有张敬畅、吴兴惠等申 请了使用CVD 法制备TiO2 自清洁玻璃的专利。
自清洁玻璃的研究进展
Self-cleaning glass
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所谓自清洁玻璃,是指普通玻璃在经过特
殊的物理或化学方法处理后,其表面产生独
特的物理化学特性,从而使玻璃不再通过传
统的人工擦洗方法而在自然雨水的冲刷下
达到清洁一新的状态。
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自清洁玻璃按亲水性分类
超亲水性自清洁玻璃
超疏水性自清洁玻璃
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超亲水性自清洁玻璃
具有超亲水性的自清洁玻璃从材质方面看来 一般都是无机材料组成的膜,如: TiO2 、
SnO2 等
但目前已经投入使用和研究开发的自清洁玻 璃的表面功能膜材料主要是TiO2 以及 TiO2 与其他金属、金属氧化物或其他元素掺杂 的复合物。
• 超亲水性自清洁玻璃的自清洁功能表现为两方面:
• 一是靠其表面对水的亲和性,使水的液滴在玻璃材 料表面上的接触角趋于零 • 二是光催化分解有机物的能力, TiO2 在紫外光或 可见光照射下,当照射光子的能量大于或者等于其 能带宽度的时候,介带中的电子被激发,越过价带进 入导带,在导带和价带上形成电子- 空穴对,电子、 空穴具有不同的活性 • 分别与吸附在TiO2表面的有机物质发生氧化还原 反应,生成水和CO2 ,从而达到降解有机物的目的。
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2004 年,土耳其伊斯坦布尔科技大学Sam E D 等研究了用溶胶-凝胶法在钠钙玻璃上制备TiO2 自 清洁玻璃,并对纳米TiO2 表面粗糙度、膜厚度、膜 层数对光催化活性的影响等进行了研究 侯梅芳、曾妙庄、赵修建、周永文、王玉震、 仁达森等等用溶胶-凝胶法制备了掺Nd3+ 的TiO2 光催化薄膜。
• 目前工业化生产的制备超亲水性自清洁玻璃的方 法主要
• 包括了化学气相沉积法(CVD) 、
• 溶胶凝胶高温烧结法( Sol-Gel) (Sol-gel high temperature sintering process) • 磁控溅射法(Magnetron Sputter Plating ) • 三种方法分别进行介绍
1-3
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磁控溅射法
磁控溅射法是薄膜物理气相沉积( PVD) 的一种 方法,是与化学气相沉积相联系又截然不同的一类 薄膜沉积技术
在环状磁场控制下的辉光放电条件下,利用气体 放电产生的正离子,在电场作用下加速成为高能粒 子,撞击固体膜层材料的表面,进行能量和动量交换 后,膜层材料的原子或分子在轰击下离开表面并沿 着一定的方向溅射向衬底,从而实现在衬底上薄膜 的沉积•Leabharlann • 溶胶-凝胶高温烧结法优点：
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低温也可以得到自清洁玻璃,通过调整原料溶液 的组成、PH 值、反应温度和干燥时间等因素可 以容易调整材料的微孔径大小及分布和结晶体在 材料内的排列状况,得到理想的膜材料。 溶胶-凝胶烧结法在规模化生产中可能出现
• 缺点：性能控制不精确
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涂布不均的情况,而且凝胶的制备的热处理参数的 控制对凝胶的性质影响太大。
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先由含钛化合物溶液制备TiO2 溶胶,然后将溶 胶涂布于玻璃表面,在玻璃表面TiO2 的溶胶经过 自然挥发或热处理进行凝胶,并在玻璃表面固化成 型。 一般溶胶-凝胶法得到的纳米TiO2 都是锐钛型, 所以其光催化效率最高。
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而经过干燥或钢化处理的玻璃膜由于其中有机 物的气化挥发使膜表面呈多孔状态,光催化效率更 好
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2000 年,日本soda 公司Shigemichi 与日本东京 大学先进科学技术中心Toshiya Watanabe 等合作 采用溶胶-凝胶法在钠钙玻璃上制备纳米TiO2 膜, 并对纳米TiO2 膜光催化活性和光致超亲水性进行 了细致的研究。 2003 年,任达森采用溶胶-凝胶法制备了SiO2 / TiO2 镀膜玻璃,并研究其光催化性能。
• 溶胶-凝胶高温烧结法发展简史:
• 1995 年美国的Paz 和Lou制备了玻璃上的光氧化 自清洁透明TiO2 膜,研究发现用溶胶-凝胶法在钠 钙玻璃和石英上可得到具有光催化活性并且透过 率很高的膜。 • 1999 年,多个家国等采用溶胶凝胶法对有关自清 洁玻璃的制备、表征、改性等进行了大量的研究, 并有大量相关研究论文发表。
• 按反应方式,它分为两种形式: • •
化学气相沉积法的优点有以下两点
• 一是制备的膜纯度高,致密性好,容易形成良好的结 晶材料。 • 在沉积反应过程中,通过改变或调整参加化学反应 的组成,就能方便地控制沉积物的成分和特征,制得 各种不同的功能的薄膜和材料。 • 二是一旦工艺控制参数确定,可以规模化连续生产, 工艺上易于控制,产品质量稳定。 • 但化学气相沉积法也有个缺点,设备要求高,成本高, 导致生产成本高
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溶胶-凝胶高温烧结法
溶胶-凝胶高温烧结法是目前已经产业化和自清洁 效果最为有效的自清洁玻璃生产的方法。 • 溶胶-凝胶高温烧结法:从溶液出发,经过溶液的溶 胶化、凝胶化后,在低温条件下制备出纳米薄膜,然 后对玻璃进行镀膜与钢化得到自清洁玻璃。 • 一般采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2 膜的顺序为:
1.1
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化学气相沉积法
化学气相沉积法是最早进行研究和在生产线上 使用的自清洁玻璃制备方法,目前国际上有影响的 几条自清洁玻璃生产线都用这种方法进行生产
英国的Pilkington 公司、美国的PPG公司、法 国圣戈班集团、日本旭硝子公司和中国耀华公司 都采用这种方法生产自清洁玻璃。
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CVD发展简史
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化学气相沉积法实质上是把含有构成薄膜元素 的一种或 几种化合物的单质或气体供给基板,借助 气相反应,在基片表面上反应生成薄膜的方法。 一种是热分解反应沉积,利用化合物受热分解的 性质,在基片表面得到TiO2 固态膜。 另一种是化学反应沉积,通过两种或两种以上气 体物质在加热的基片表面进行化学反应而沉积成 TiO2 固态膜。