第七章自清洁玻璃的研究进展名师编辑PPT课件

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。
• 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
• 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
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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。
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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。
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu 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。
1.2
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:
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• 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。
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
1
超亲水性自清洁玻璃
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
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。
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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。