超亲水薄膜研究进展
TiO2薄膜光致超亲水性与辐照条件的关系的研究
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条件 的 关 系的 研 究
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通过 改变 灯管 的种 类和 数 量#得 到 不同 波长 和 强度 的 45 光源 # 分 别 对自 清 洁玻 璃 进行 辐 照 #研 究光 致超 亲水 性与 辐照 条件 的关 系( 如图 9% 图 * 所示 # 可 以看 出 #两 种 自 清 洁玻 璃 从 初 始接 触 角 到 接触 角 小于 93%# 即 达到 超 亲水 状 态所 需 的辐 照 时 间#随 着辐 照波 长的 减小 %强 度的 增强 明显 缩短 ( 这 是由 于波 长越 短和 强度 越高 # 光 子 的能 量越 大 %数 量越 多 #更 容 易 将 电子 从 价 带 激发 到 导 带 #形 成 电 子6空穴 对 # 根 据 ’()* 薄膜 光 致超 亲水 性 的机 理# 电 子 6 空 穴 对 越 多 #产 生 的 氧 空 位 越 多 # 进 而 吸 附 更多 的 水 分 子# 形 成更 多 表 面 羟基 # 使 表面 表 现 出 超亲 水性 ( 对 $%& 自 清洁 玻璃 # 当 波 长为 *-2./ 时 #仅 需 38-H 就 达 到 超 亲 水 状 态 $ 而 对 !"# 自 清 洁玻 璃当 波 长为 +,-./ 时 #辐 照时 长 达 99H#接 触 角才 降到 99% 左右 ( 特 别是 当波 长为 +,-./ 时 #无 论怎 么延 长辐 照时 间#$%& 自清 洁玻 璃 的接 触角 在
超亲水-疏油涂料组合物,涂层,其制备方法和涂覆制品
超亲水-疏油涂料组合物在涂层领域中具有重要的应用价值，本文针对该组合物的制备方法、涂覆制品和涂层特性进行了综合分析和探讨。
通过实验验证和理论分析，为相关领域的研究和应用提供了一定的参考和指导。
一、超亲水-疏油涂料组合物的制备方法超亲水-疏油涂料组合物的制备方法主要包括以下几个步骤：1.原料准备：选择高品质的亲水性和疏油性原料，如聚合物树脂、表面活性剂、助剂等。
2.配方设计：根据所需涂覆物品的具体要求，设计合适的配方比例和制备工艺。
3.混合均匀：将各种原料按照设计配方比例进行混合，通过搅拌、加热等方法使其均匀混合。
4.反应制备：采用适当的反应方法，促使原料发生聚合、交联等反应，形成超亲水-疏油涂料组合物。
二、涂层的制备和应用1.涂层制备：将制备好的超亲水-疏油涂料组合物，通过喷涂、滚涂、浸涂等方式施加到基材表面，形成一定厚度和均匀性的涂层。
2.应用领域：超亲水-疏油涂料组合物涂层广泛应用于船舶、建筑、汽车等领域，可以有效抵抗水、油、污渍等侵蚀，具有优异的耐候性和耐磨性。
三、涂层的特性和优点1.超亲水性：涂层表面呈现出极强的亲水性，可以使水分子在其表面迅速展开形成水膜，具有自洁效果。
2.疏油性：涂层表面对油类物质具有排斥作用，油污不易附着在表面，易于清洁维护。
3.耐候性：涂层具有良好的耐候性和耐磨性，能够长期保持表面光洁和使用寿命。
4.环保性：涂料本身无毒无味，不含有害物质，符合环保要求。
超亲水-疏油涂料组合物及其制备方法和涂层制品在各种领域都具有广阔的应用前景。
通过不断深入的研究和开发，有望为涂料领域的发展和创新带来新的动力，为各行业提供更加优质的涂料产品和涂层解决方案。
四、超亲水-疏油涂料组合物的研究进展与应用展望1. 研究进展近年来，随着人们对环保、耐候性和功能性涂料的需求不断增长，超亲水-疏油涂料组合物的研究受到了广泛关注。
研究人员不断探索原料选择、制备工艺、性能调控等方面的新方法，致力于提高涂料的效率和性能。
低温等离子体法制备超亲水PE薄膜及其性能研究
关键 词 ： 等 离子体 ；聚 乙烯薄膜 ；接枝 ； 超 亲水；丙烯酸 中图分 类号 ： Ｔ Ｑ３ ２ ５ ． １ ２ 文献标志码 ： Ａ
０ 引 言
聚 乙烯 （ Ｐ Ｅ） 是 聚烯 烃高 分 子材 料 ， 是 有机 高 分 子 材料 中应用 较广 泛 的一种 ［ １ ］ 。但 是 聚合 物存 在 材
如果 将 常压低 温 等离子 体表 面处 理技术 和 表面接 枝 技术 结 合起来 对 聚 乙烯 薄 膜 进 行 亲水 改 性 ， 既 能 提 高 亲水 改性效 果 ， 又能 有 效 解 决 时效 性 问 题 。等 离
１ 实验部分
１ ． １ 实 验试 剂
子体改性过程 中， 除处理功率 、 处理 时间外 ， 放 电气 体 的选 择对改 性 的效果 的影 响也 很 明显 。研 究者体 （ Ａｒ ／ （ ） ２ ） 为 工作 气体 ， 通过常压低 温等 离子体技 术对聚 乙烯薄膜表 面 引发接枝
丙烯酸改性 ， 从 而制备 出一种超 亲水聚 乙烯薄膜 ， 并用 Ｉ Ｒ、 ＡＦ Ｍ、 接触 角仪 对其进行表征 。结果表 明： 最佳 工艺条件
是８ ５ ｗ、 ２ ｍｉ ｎ ； 两通装置优 于单通 ； 使 用 Ａｒ ／ Ｏ２ 混合 气体低 温等 离子体技术和 丙烯酸接枝技 术对聚 乙烯薄膜进 行改 性 效果优 于使 用单一 Ａｒ 低 温等 离子体技术 ， 前者接 触角可降低 至 ８ ． ７ ８ ±３ 。 ， 并且可稳 定在 ｌ １ ． ８ Ｏ ±３ 。 ， 具有 良好 的
常选 用 Ａｒ 、 Ｈｅ 、 Ｏ ｚ 作 为 放 电气 体 ， 各 有 其 缺 点 。选
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ２ １ ２ Ｏ ４
丙烯 酸 （ Ｃ ａ Ｈ Ｏ 。 ， 分析纯 ， 杭 州长征 化学 试 剂有 限公 司 ） ； 丙酮 （ Ｃ 。 Ｈ Ｏ， 分 析纯 ， 浙 江 三 鹰 化学 试 剂
【doc】TiO2薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展
TiO2薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展TiO薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展/王玉玲等?61?TiO薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展王玉玲许启明赵鹏田晓珍姚燕燕(西安建筑科技大学材料物理研究所,西安710055)摘要对TiO薄膜的一种新特性——光诱导亲水性进行了综合评述.主要概括了对亲水性机理的认识过程和研究现状以及影响TiO薄膜亲水性的各种因素,讨论了通过掺杂改善其亲水性的方法.根据国内外的研究和应用现状,提出氧化钛薄膜亲水性研究今后发展的方向.关键词TiO薄膜亲水性机理改善方法ResearchontheMechanismandImprovementWaysoftheHydr0philicityofTiO2ThinFilmW ANGYulingXUQimingZHAOPengTIANXiaozhenY AOY anyan (InstituteofMaterialsScience&Engineering,Xi'anUniversityofArchitecture& Technology,Xi'an710055)AbstractThelight—inducedhydrophilicityofTiO2thinfilmsisdiscussedsyntheticallyandtheunderstand—ingandresearchactualityaboutthemechanismofhydrophilicityofTiO2thinfilmsaresumm arized.ThefactorswitheffectonthehydrophilicityoftheTiO2thinfilms,especiallytheenhancedhydrophilicityofTi O2thinfilmsthroughdopingmethodarealsoreviewed.ThepreparationandresearchofhidropilicTiO2thinfilmsin thefutureareprospect—ed.KeywordsTiO2thinfilm,hydrophilic,mechanism,improvementways自从1972年Fujishima发现在光照下TiO电极能将水分解为氢和氧以后],人们就将目光投向TiO光电转化效应和光催化效应,并将其用于能源及环保方面,收到了巨大的成效. 1997年Wang等发现了TiO的又一种新特性——光诱导亲水性l_5],当TiO薄膜表面被光照射后润湿性得到很大改善.这种特性使人们耳目一新,而TiO薄膜的亲水性就成为一个新的研究热点.近几年对TiO亲水性薄膜的研究主要集中在以下几个方面:①对TiO薄膜亲水性机理的探讨l_6;②利用各种掺杂改善TiO薄膜的亲水性l_2";⑧提高TiO薄膜光诱导亲水性光敏程度.];④各种方法制备TiO薄膜中实验参数对亲水性的影响[20'.本文将主要对TiO薄膜亲水性的机理和利用各种掺杂改善其亲水性2个方面作详细阐述,并对其应用现状,前景以及存在的问题进行分析.1Tio2薄膜的光诱导亲水机理TiO是N型半导体,当受到能量大于禁带宽度(3.2eV)的光子照射时,将产生强还原性的导带电子和强氧化性的价带空穴.具有活性的电子和空穴与所处环境中的各种粒子作用导致了Ti0的2种特性——光催化性和光诱导亲水性.关于TiO薄膜的亲水性机理有2种不同的说法.较早的一种理论认为,TiO薄膜在光照下显示的表面润湿性的变化与TiO的光催化性[1"有着直接的关系:原始的TiOz薄膜表面本身是亲水的,极易吸附空气中的有机物成为疏水表面,与水的接触角变大.在小于其激发光波长380nm的紫外光激发下, 产生光生电子和空穴.电子与空气中的0反应生成?0,空穴与表面吸附的H0或0H反应形成具有强氧化性的羟基0H(如图1所示).活性羟基具有402.8mJ/mol的反应能,高于有机物中各类化学键能,如C—C(83mJ/too1),C—H(99mJ/mo1),C—N(73mJ/mo1),C—O(84mJ/mo1),H—O(111mJ/mo1),N—H(93mJ/mo1),因而能完全分解各类有机物最终生成CO和H0.这样的光催化氧化过程使TiO薄膜表面有机物消失,恢复原始的亲水性.-+-0一+ll+—?0H+H+h+—?0H图1TiO2光催化原理Fig-1Ti02photocatalyticprinciple现在仍有热致亲水[1"等实验现象支持这样的说法.然而,如果只用这个机理更多的研究结果无法获得令人满意的解释.例如:(1)T和SrTiO.同样都有着很强的光催化氧化性,但在SrTiO.表面,紫外光照射48h后水的接触角也不会下降[1;*基金项目:西安市科技局产业化重点项目(NO.ZS200217);国家教育部重点基金项目(NO.02188)王玉玲:女,1979年生,硕士研究生,主要从事功能材料E—mail:*******************62材料导报2004年i0月第18卷专辑Ⅲ(2)在纯水中,用超声波处理也会导致TiO表面由亲水向疏水的转变一;(3)当紫外光照射停止后,光诱导TiO亲水表面恢复疏水状态,在纯氧中这种恢复速率比正常条件下大.如果有机物污染表面是接触角增大的唯一原因,那么在正常条件下的恢复速率应该比在纯氧中大,因为在前者环境中有机物的浓度更高,而结果却是相反的n;(4)在文献[2]中报道了]Ohm亲水微区在疏水表面的形成导致了紫外光照射后的双亲表面,这种微区结构的产生不能用吸附有机物这样的假设作为引起TiO.表面润湿性变化的唯一原因.另一种关于TiOz薄膜亲水性机理的说法,也是现在人们普遍接受的一种解释是:TiO薄膜表面被紫外光照射激发出电子空穴对,电子空穴对不像在光催化反应中与0和H0作用,而是与表面Ti0晶体自身发生反应,电子与Ti叶.反应生成Ti", 空穴与0反应生成0和氧空穴(如图2所示).一方面,Ti"极不稳定迅速被空气中的0氧化;另一方面,氧空穴和空气中的H0结合,形成化学吸附水层(?OH).这就是TiO表面产生亲水性的根源所在.4h十20一—-O十V(0)图2TiO2光诱导亲水性原理Fig.2Ti02light—inducedhydrophilicityprincipleTiO薄膜表面原子的结合不同于体相内部.在TiO薄膜表面,原体相内部的六配位Ti和三配位0由于原子排列被截平而变为五配位的Ti和二配位的0,这比体相内部的Ti和0 更有活性.在紫外光的照射下,T.(]表面二配位的桥氧位置处易产生氧空位,使相应的Ti叶.变为有利于解离吸附水的Ti". 表面氧空位由于易吸附空气中的水形成化学吸附水层,而氧空位缺陷周围成为亲水微区,表面的剩余部分则仍保持疏水亲油, 成为亲油微区.如图3所示,亲水微区和亲油微区在表面是呈纳米级间隔分布的,亲水区为规则的长方形(30～80nm),沿Ti0晶体(110)晶面的Eoo13方向排列,亲水微区比周围的亲油微区高出0.4～0.6rim.由于一个液滴远比亲水微区(或亲油微区)大,它就可在Ti0表面不断铺展,产生二维的毛细管现象,使表面在宏观上表现出既亲水又亲油的双亲性质.紫外光照射使TiO薄膜表面产生的这种电子结构和几何结构的变形,相对于原始结构并不稳定.若停止紫外光照射,Ti0周围富集的氧气则会打破原有的吸附平衡,取代化学吸附水(?0H),吸附在氧空位上,使表面亲水亲油微区的间隔分布消失,丧失亲水性,与水的接触角增大,表面从亲水转向疏水.当紫外光再次照射表面时,还可恢复双亲表面.这种理论对光诱导亲水性的产生和回复有了更微观的,结构层面上的,较令人信服的解释,然而对于具体的反应细节和变化机理还不是十分清楚,需要进一步探究.【oDl】f—---—-—---_I?[110]TiO2(110)面俯视图TopviewofTiO2(110)surfacehydrophilicOOatbridgingsiteO0atsurface●Ti●hydroxylgroup—molecularwriter亲水表面侧视图Sideviewofhydratedsurface图3亲水表面示意图Fig.3Sketchmapofhydratedsurface以上2种亲水性的机理虽有不同,但也并非相互排斥,在实际应用中很可能是2种反应过程同时发挥着作用.所以深刻理解这2种反应过程对于TiO薄膜亲水性的研究十分重要.2Tio2薄膜亲水性能的改善固体材料表面与水的接触角在15.以下水在表面有良好的流动性,10.以下有自清洁功能,7.以下水就可在表面铺展,具有防雾功效.而一般的TiO薄膜需要在至少20mW/cm的紫外光下照射5h以上,与水的接触角才能从7O.左右降至1O.左右, 停止光照后很快就恢复疏水状态.针对这样的亲水性现状和应用需求,人们对Ti0薄膜的亲水性的改善研究期望可以达到以下的目的:①光照后可达到的与水的接触角越小越好;②达到最小接触角所需光照时间越短越好;③亲水性在无光照时可保持的时间越长越好.除此之外,为适应自然条件下的应用,对光的敏感程度和对可见光的利用率也是2个十分重要的指标.2.1提高表面羟基稳定性的掺杂(以SiO2为例)M.Machida等发现由TiO/si0复合溶胶制备的薄膜具有较好的光诱导亲水性,后来也有大量报道_2证实,适量SiO的掺入确实使TiO薄膜的亲水性得到了改善.SiO是一种蓄水材料,SiO晶面吸附水,形成与硅原子对称的羟基团,与其他无机氧化物相比,其表面羟基具有最大的稳定性.在光照条件下,TiO/sio复合薄膜表面的物理吸附水扩散至SiOz处,被SiO吸附,成为稳定的物理吸附水层.停止光照,SiO表面的吸附水可稳定附近TiO表面的Tj"一0H结构,使氧置换化学吸附水的过程变慢,TiO表面即使在黑暗中也能维持长时间亲水特性.当再次激发时,其表面亲水性容易恢复.但SiO含量过TiO薄膜亲水性机理及改善方法的研究进展/王玉玲等?63? 高,表面被较多SiO所占据,不易受光激发产生亲水性的纳米微区.亲水性能下降.2.2增加表面缺陷的掺杂(以F2o3为例)有研究一证实,掺杂FeO.,ZnO等金属氧化物可使TiO.表面初始接触角变小,完全润湿时间明显缩短.经研究Fe0.对TiO.亲水性的影响发现:TiO/Fe0.复合薄膜的亲水性随Fe.0.含量的变化与薄膜孔隙率随Fe:0.含量的变化趋势完全相同.这是因为掺人金属氧化物后与未掺杂的薄膜相比, 表面形成的各种缺陷增多,而水易在缺陷处吸附,所以使TiO薄膜的亲水性得到了改善.2.3增加氧空位的掺杂(以Ce掺杂为例)掺杂Ce的TiO薄膜为CeO.～TiO结构,Ce在光激发下很容易捕获光生电子生成三价态的Ce"离子,空穴则与表面氧离子反应形成氧空位(Ce+e—ce",0+2h一1/20).在TiO单晶中,(110)面和(100)面比(001)面更容易受光激发使表面具有亲水性,这主要是由于Ti0(11O)和(100)面为二配位的桥氧结构,而(001)面则与TiO晶体内部原子排列相同,表面缺乏桥氧结构.桥氧与面内氧相比具有更大的反应活性,更容易被氧化释放形成表面氧空位.而在实际应用中,TiOz 薄膜多是多晶锐钛矿型表面,可能具有较少的表面桥氧结构,因此添加ce等稀土元素可增加表面氧空位,提高表面亲水性. 2.4控制电子空穴的定向迁移(以TiO2/wo3双层结构为例)MasahiroMiyauchi等曾研究了在w0.上覆盖一层TiO2双涂层的亲水性_2,发现这样的双层结构不仅改善TiO薄膜的亲水性,而且使其在可见光的照射下可显示出光诱导亲水性.这是因为TiO的价带和导带电位比WO.的价带和导带电位都高,且WO.的禁带宽度仅为2.8eV,在TiO层和WOs层之间发生了电子和空穴的定向转移.图4是TiO/wo.的能量示意图.光生电子首先在TiO上形成并转移到低电位的WOs上, 在WO.上生成的空穴则转移到高电位的TiO上,这样阻止了电子与空穴的复合,空穴集中在上层的TiO表面上,使薄膜显示高亲水性.WO.2.8eV的禁带宽度使薄膜吸收波长向可见光偏移,即使在室内的光线下,TiO/WO.双层结构薄膜也能显示出亲水性.2.5降低表面酸性的掺杂(以AI20B为例)氧化物表面活性很大程度上取决于表面的酸碱性.在TiO表面酸性越强,羟基?OH越少,导致亲水性下降,而AleOs的添加使表面酸性变弱,羟基数量增加,亲水性因此得到改善[35,36].一L0OLO呈o2.03o图4TiO2/WOs薄膜能量图Fig.4EnergydiagramforTiO2/WOsfilms通过以上各类方法改善的Ti()亲水薄膜,再通过制备工艺的优化,可以使其在可见光或弱的紫外光下被激发,并保持长期的超亲水性.3Tio2亲水薄膜的应用现状及研究方向TiO薄膜优异的光诱导亲水特性扩展了这种半导体材料的应用领域一.将其镀于玻璃,陶瓷等建筑材料表面,可使表面长期被一层水膜覆盖,粘附于材料表面的有机或无机物都可在雨水的冲洗下被轻易除去,保持表面的长期清洁.在汽车玻璃,眼镜,光学仪器用镜,浴室瓷砖表面涂覆一层TiO亲水薄膜,可产生防雾的功能.另外,将Ti0亲水薄膜用于热交换器口一,最大热流密度点可升至过去的2倍,最小热流密度点比过去高1OOK,大大提高了热交换率.Nissan公司在1998年组装了带有亲水性TiO不结珠侧视镜的汽车;ToTo公司也开发了用户型侧光镜膜,正面是TiO..反面是胶,便于生产和使用,产品已经投入市场;2000年ToTo公司还发起了自动清洁汽车涂料业务.在我国,对活性TiO薄膜光催化技术以及水处理方面的研究比较多,光催化技术的研究也进入了工业应用阶段,但将活性TiO薄膜作为一种除污防雾的功能材料研究还不多见.因此TiO作为一种新的功能材料具有非常好的前景.应该说TiO亲水性薄膜的研究在实验室阶段已经获得了一些成果,也有很广阔的市场,但事实上这种薄膜却没有得到广泛的应用.所以在实验室研究到工业化生产的转化环节中还需要做大量的工作.例如,目前实验室所采用的各种镀膜方法都存在着在实际生产中不适用,投资大,生产效率低或镀膜质量差的问题,因此改良镀膜方法就成为一个很现实的课题.日本学者R.Asahi[在可见光诱导的氧化钛薄膜光催化性能研究方面取得了突破性进展,一改人们过去只知道阳离子掺杂改性氧化钛薄膜性能的习惯思维,从理论上得出进行阴离子掺杂的可行性,并成功制备出具有可见光催化活性的氮氧化钛薄膜,这一研究将氧化钛薄膜在紫外光辐照下的亲水性研究推进到可见光照射下的氧化钛薄膜的亲水性研究一,为氧化钛薄膜亲水性研究开辟了新的方向.12参考文献HondaK,FujishimaA.Nature,1972,238:37 HugenschmidtMB,GambleL,CampbellCT.SurfSci,1994,3O2:329ngmuir,1996,12:5093HendersonMA.SurfSci,1996,355:151WangR.HashimotoK,eta1.Nature,1997,388:431LeeYC.HongYP,LeeHY,eta1.JColloidInterfaceSci.2003,267:127WangR.HashimotoK,eta1.AdvMater,1998,2:135TakataY.HidakaS,MasudaM,eta1.InterJEnergyRes,2003,27:111SakaiN,WangR,ngmui,1998,14:5918YuJ,ZhaoX.MaterResBul1,2001.36:97WatanabeT,NakajimaA,WangR,eta1.TbinSolid Films,1999,35:260MiyauchiM,NakajimaA,FujishimaA,munica—tions,2000,12:3MiyauchiM,KiedaN,eta1.SurfSci,2002,511:401 OndaT.ShibuichiS,ngmuir,1996,12:2125n¨.}iZ∞64?材料导报2004年10月第18卷专辑Ⅲ15FuiishimaA,eta1.BKCInc.Tokyo,199916SunRD.NakajimaA,WatanabeT.JPhysChemB, 2001,1O5:198417KameiM.MitsuhashiT.SurfSci,2000,563:L60918NakamuraR,UedaK,ngmuir,2001,17:2298 19SakaiN.FujishimaA,WatanabeT,eta1.JPhysChemB, 2001,105:302320MachidaM,NorimotoK,WatanabeT,eta1.JMaterSci. 1999,34:256921XianzhiF,LouisCA,QingY.eta1.EnvSciTechn,1996, 30:64722FengA,BenjaminJ,ZuhairMC.eta1.MaterSciEngA, 1998,A242:5O5623JiaguoY,JianxiuZ,JimmyC,eta1.JMaterSciLett, 2001,2O:174524KangM.JMolecularCatalysisA,2003,197:17325EhrmanSH,FriedlanderSK,ZachariahMR.JMater Res,1999,14:455126ChenF,ZhaoJ.Cata1Lett,1999,58:24527关凯书,姜秋鹏,尹衍升.中国稀土,2003,21(3):291 28MiyauchiM,NakajimaA,WatanabeT.ChemMater, 2002,14:471429SerponeN,MaruthamuthuP,PichatP,eta1.JPhoto—ChemPhotobio1A,1995,85:24730DoYR.LeeW,DwightK,eta1.JSolidStateChem, 1994.1O8:19831MartinC.SolanaG,RivesU.JChemSocFaradayTrans, 1996.92:81932HattoriA,TokihisaY,TadaH,eta1.JElectrochemSoc, 2000,147:227933KwonYT,SongKY,eta1.JCata1,2000,191:19234ShiyanovskayaI,Hepe1M.JElectrochemSoc,1999,146: 24335MachidaM,NorimotoK.WatanbeT.eta1.JMaterSci, 1999.34:256936LiuQJ.Y angXK,LiuQ,eta1.JInorgMater?2003,18:133137HataS.KaiY,eta1.JSAEReview.2000,21:9738AsahiR,MorikawaT.eta1.Science,2001,293:26939MiyauchiM,NakajimaA,HashimotoK,eta1.Adv Mater,2000,24:192340JiaguoY,XiujianZ.MaterResBull.2001,36:9741NakamuraM.KorzecD.AokiT.App1SurfSci,2001. 175—176:69742SirghiL.AokiT.HatanakaY.ThinSolidFi1m.2002, 422:5543WatanabeT,FukayamaS,MiyauchiM.eta1.JSol—gelSci Techn,2000,19:7144HoffmannMR.MartinST,ChoiW,eta1.ChemRev,1995,95:6945LinsebiglerAL.LuG,Y atesJT.ChemRev.1995,95:73546SopyanI.MurasawaS,HashimotoK,eta1.ChemLett, 1994,23:72347崔晓莉,沈杰,任达森,等.化学通报.2003,3:20348WangR,SakaiN,FujishimaA,eta1.JPhysChemB, 1999,1O3:218849HellerA.ACCChemRes,1995,28:5035OFuishimaA,TrykDA,WatanabeT,eta1.Internationa1 GlassReview—FlatGlassProcessing,1998,2:11451HashimotoK.FujishimaA.CMC,1998.5:14952IrieH.WashizukaS,Y oshinoN,eta1.ChemCommun, 2003,68(11):129853AsahiR,eta1.PhysRevB,2000,61:7459(上接第6O页)9JangHeeDong,KimSeongKil,KimSeungJin.Effectof particlesizeandphasecompositionoftitaniumdioxide nanoparticlesonthephotocatalyticproperties.JNanoparti—cleRes,2001,3(2/3):14110LeeJongHoJung,KyeongY oull,ParkSeung.Bin.Modifi—cationoftitaniaparticlesbyultrasonicspraypyrolysisof colloid.JMaterSci,1999,34(16):408911ThorntonHilaryM.LeeChristenenG.SuriRominderPS. HazardousandIndustria1Wastes—ProceedingsoftheMid—AtlanticIndustria1WasteConference.1997.19512KovalenkoAS,KuchmiiSY a,MakovskayaTF,eta1.Ef—feetofmeta1inclusionsontheporousstructureandphoto—catalyticactivityoftitaniumdioxide.TheoretExperi Chem,2003,39(2):11913KoizumiYoshiyuki,NishiJumpei.TayaMasahito.Photo—sterilizationofEscherichiacolicellsusingiron—dopedtitani—umdioxideparticles.JChemEngJapan,2002,35(3):29914LiXZ.ZhangM.ChuaH.Disinfectionofmunicipa1 wastewaterbysensitizedDhotooxidation.WaterSciTechn, 1996,33(3):11115HorieYasuhiko,DavidDiagoAbreu,Taya.Effectsoflight intensityandtitaniumdioxideconcentrationonphoto—catalyticsterilizationratesofmicrobia1cells.MasahitoInd EngChemRes,1996,35(11):392016LinChiaYu,LiChihShan.Inactivationofmicroorganisms \\\\\\\\onthephotocata1yticsurfacesinair.Aeroso1SciTechn, 2003,37(12):93917RinconAG,PulgarinC.Photocatalytica1inactivationof E.coli:Effectof(continuous—intermittent)lightintensity andof(suspended—fixed)TiO2concentration.Applied CatalysisB:Environmental,2003,44(3):26318KoizumY,NishiJ,TayaM.Kineticanalysisofphotoster—ilizationrateofescherichiacolicellsintitaniumdioxideSUS—pensionassociatedwithredoxreactionsofironions.J ChemEngJapan,2001,34(11):138119OtakiM,HirataT,OhgakiS.Aqueousmicroorganismsin—activationbyphotocatalyticreaction.WaterSciTechn, 2000,42(3):1O320HerreraMelianJA.DonaRodriguezJM,VieraSuarezA, etal_Photocata1vticdisinfectionofurbanwastewa—ters.Chemosphere,2000,41(3):32321NakajimaHiromitsu,MoriToshiyuki,KobayashiEijiro.In—fluenceofpHonphotoa——dsorptionofdissolvedoxygenin Ti02suspensions.WatanabemamorujapanJApplied Physics,Part1:regularpapersandshortnotesandreview papers,2003,42(1O):662322KoizumiYoshiyuki,TayaMasahito.Photocata1yticinacti—vationrateofphageMS2intitaniumdioxidesuspensions containingvariousionicspecies.BiotechnologyLett?2002? 24(6):459。
一种超亲水膜层及其制备方法与流程
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超疏水高分子薄膜的研究进展1剖析
超疏水高分子材料的研究进展摘要：近十年来，由于超疏水表面在自清洁、防冰冻、油水分离等方面的广泛应用前景，超疏水高分子薄膜的研究受到了极大的关注。
本文综述了超疏水高分子材料的制备方法，并对超疏水高分子材料研究的未来发展进行了展望。
关键词：超疏水，高分子材料，自清洁Developments of super-hydrophobic Ploymeric materialAbstract: In the last decades, super-hydrophobic surface has aroused great interest in both academic and industrial fields owing to their potential application in self-cleaning, anti-icing/fogging, water/oil separation, et al. In this paper, the recent development in super-hydrophobic polymeric membrane is reviewed from both preparation and technique, and the future development direction of the superhydrophobic polymeric surface is also proposed in the end．Key Words: super-hydrophobic, polymeric membrane, self-cleaning.引言自然界是功能性表面的不竭源泉。
植物叶表面的自清洁效果引起了人们的很大的兴趣，在以荷叶为典型代表的自然超疏水表面上充分体现了这种自清洁性质，因此称之为“荷叶效应”[1]。
图 1.1中展示的是水滴和汞在荷叶表面的宏观与微观的照片[2]。
ZnO超疏水_超亲水可逆转化薄膜研究进展
ZnO 超疏水/超亲水可逆转化薄膜研究进展蘧广剑，辛炳炜* ，封从姝，刘赛，石键( 德州学院山东高校配位化学与功能材料重点实验室，山东德州253023)摘要:ZnO 纳米薄膜具有光响应的润湿性可逆转化现象，这种“智能开关”在许多领域具有重要意义，为此近年来ZnO 超疏水薄膜的制备引起了研究者的广泛关注。
一般是在ZnO 表面修饰一层表面张力较低的物质，通过降低表面自由能而获得超疏水表面。
然而常用的修饰物质如氟化物、硅烷等会不同程度地被ZnO 光催化分解。
为此一方面积极寻求光催化稳定的修饰层，另一方面制备具有特殊形貌的ZnO 纳米薄膜以期直接获取ZnO 超疏水薄膜。
由于离子液体的稳定性，利用其作为ZnO 的修饰层制备双响应薄膜，另外用HAc 调控制备“裸”Zn O超疏水薄膜。
对ZnO 润湿性能及其超疏水薄膜的制备研究进展进行了简要综述。
关键词:ZnO 薄膜;润湿性;超疏水表面;光响应可逆转化中图分类号:O614．24 文献标识码:A 文章编号:0258-3283(2014)10-0907-06表面浸润性(又称浸润性，W ett abi li ty)，是固体表面的一个重要特征［1，2］，它对工农业生产和人们的日常生活都有着重要意义。
润湿性通常用液体在固体表面的接触角(C A)来表征，一般来讲，当水与固体的接触角＜90°时为亲水性，＞90° 时为疏水性;其中两种极端情况:＜5°为超亲水，＞150°为超疏水，广泛应用于国防、工农业生产和日常生活等领域。
超疏水表面的制备有两个前提条件:1)表面材料具有低表面自由能;2 ) 具有合适的表面微纳结构。
超疏水性表面可以通过两种方法制备:一种是在低表面能材料的表面构建粗糙结构;另一种是在粗糙表面上修饰低表面能物质。
通过外界条件如光、电、热、pH 等改变疏水亲水状态的表面，叫做智能润湿性表面［3］，这种“智能开关”在微流体技术、无损液体传输、自清洁材料等许多领域具有重要意义，成为当今润湿性领域最重要的发展方向之一，国内外许多课题组已从生物仿生到实际应用等多方面设计合成了多种功能超疏水表面［4］。
玻璃表面纳米薄膜的超亲水机理研究
玻璃表面纳米薄膜的超亲水机理研究王乐;杜云贵;李建光;曹艳芳;韩国彬【摘要】针对粗糙度致超亲水和光致超亲水所存在的不足之处,提出一种粗糙度与光协同效应致超亲水的方法.以钛酸正丁酯(TBOT)和正硅酸四乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法制备TiO2、不同pH值的SiO2和SiO2-TiO2复配溶胶,利用浸渍提拉法在玻璃基片上镀制SiO2纳米薄膜、TiO2纳米薄膜和Si-Ti复合纳米薄膜.通过动态光散射分析仪(DLS)对SiO2和TiO2溶胶的粒径进行测定,分别用接触角测定仪(CAM)和原子力显微镜(AFM)对纳米薄膜的亲水性能和表面粗糙度进行表征.实验结果表明:碱性SiO2纳米薄膜具有粗糙度致超亲水的性能,TiO2纳米薄膜具有光致超亲水的性能,而当Si摩尔分数为20％时,Si-Ti复合纳米薄膜具有粗糙度与光协同效应致超亲水的性能.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(052)006【总页数】6页(P813-818)【关键词】溶胶-凝胶法;超亲水;SiO2;TiO2【作者】王乐;杜云贵;李建光;曹艳芳;韩国彬【作者单位】厦门大学化学化工学院,福建厦门361005;福建圣元电子科技有限公司,福建建瓯353100;福建圣元电子科技有限公司,福建建瓯353100;厦门大学化学化工学院,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】O648近年来，超亲水玻璃因具有超亲水、自清洁、防雾等特性在建筑物外墙玻璃、汽车玻璃、家用浴室防雾玻璃、电子产品的显示器和太阳能电池的采光板等方面得到广泛的应用.目前，超亲水玻璃的制备方法多种多样，按照超亲水的机理可以分为两大类：一是粗糙度致超亲水，即通过对玻璃表面化学和几何结构进行改造，使玻璃表面具有一定的粗糙度，从而获得超亲水性能[1-3].Cebeci等[4]通过层层自组装法将SiO2纳米粒子组装到聚阳离子层中制备出多孔结构的玻璃薄膜，该薄膜表面对水接触角(water contact angle,WCA)在0.5 s内就能小于5°.Yamashita等[5]将溶胶-凝胶法制备的SiO2溶胶旋涂在石英板上制备出透明的介孔薄膜，该膜具有超亲水能力.粗糙度致超亲水薄膜的制备具有操作工艺简单、合成温度低、产品纯度可控和制得的薄膜化学组分均匀等优点，但薄膜的超亲水性能维持时间不长，一旦空气的有机污染物吸附在薄膜表面，即覆盖—OH等亲水基团，薄膜将失去亲水能力，故此法制备的薄膜无法应用于外界环境.二是光致超亲水，即用TiO2[6]、SnO2[7]等光催化物质镀制的薄膜，经紫外光或可见光照射后可表现出超亲水性能.其中TiO2作为典型的半导体光催化材料[8-9]，在超亲水领域受到极大的重视.Fujishima等[10-11]对TiO2薄膜的亲水行为进行较为系统的研究，用锐钛型TiO2溶胶制备的TiO2薄膜，在紫外光照射下表现出超亲水性能，但将此薄膜黑暗放置一段时间，表面转变为疏水性.此法制备的薄膜具有较强的光致超亲水性，能够有效地降解有机污染物，但其无法实现室内或黑暗环境下的超亲水性.针对粗糙度致超亲水和光致超亲水所存在的不足之处，本文提出一种粗糙度与光协同效应致超亲水的方法.文中通过对粗糙度致超亲水和光致超亲水机理进行研究，采用SiO2溶胶与TiO2溶胶复配的方法制备出具有粗糙度与光协同效应的Si-Ti 复合薄膜，此薄膜具有全天候的超亲水性能.1．1 主要仪器与材料动态光散射分析仪(DLS，美国Brookhaven公司)；DSA30 接触角测定仪(CAM，德国Kruss公司)；5500ILM 原子力显微镜(AFM，美国Aglilent公司)；自制恒速提拉机.正硅酸四乙酯(TEOS，纯度99%)，钛酸正丁酯(TBOT，纯度98%)，无水乙醇(分析纯)，双氧水(30%，质量分数)，浓硫酸(98%，质量分数)，浓盐酸(37%，质量分数)，浓氨水(25%，质量分数)，上述试剂均购自国药集团化学试剂有限公司；普通玻璃基片(76 mm×25 mm×1 mm)，购自厦门绿茵试剂玻仪有限公司;所有化学试剂在使用前均未经过特殊处理；实验用水为去离子水.1．2 SiO2溶胶的制备将无水乙醇、TEOS和去离子水按摩尔比1∶20∶4进行混合，用浓盐酸和浓氨水调节混合液的pH值分别为3.5，6.5和7.5，然后在30 ℃下搅拌6 h，室温静置老化3～5 d，得到酸性和中性SiO2溶胶.将老化后的碱性SiO2溶胶于80 ℃加热回流3 h，得到碱性SiO2溶胶.1．3 TiO2溶胶的制备将无水乙醇、TBOT和去离子水按摩尔比1∶20∶4依次加入反应瓶，用浓盐酸调节混合液的pH值为3.5，然后在30 ℃下搅拌4 h，室温静置老化2～3 d，得到TiO2溶胶.1．4 玻璃基片的清洗将玻璃基片于新配制的Piranha洗液(V(浓硫酸)∶V(双氧水)=7∶3)浸泡30 min，然后用去离子水超声充分洗涤，再用去离子水冲洗干净，浸泡在去离子水中备用. 1．5 超亲水薄膜的制备1．5．1 粗糙度致超亲水薄膜的制备将洗净的玻璃基片用电吹风吹干，25 ℃下采用浸渍提拉法(提拉速度均为6cm/min)镀制不同pH值的SiO2溶胶，室温晾干后，在120 ℃干燥30 min，得到不同pH值的SiO2薄膜(分别记为酸性SiO2、中性SiO2和碱性SiO2). 1．5．2 光致超亲水薄膜的制备将制备的TiO2溶胶稀释9倍，以同样的方法镀制在洁净干燥的玻璃基片上，然后经450 ℃热处理2 h[12]，得到锐钛矿型TiO2薄膜(记为T-1/200).1．5．3 粗糙度与光协同效应致超亲水薄膜的制备将碱性SiO2和TiO2溶胶以不同比例混合，使得Si占Si-Ti的摩尔分数分别为10%、20%、40%、60%和80%，然后用无水乙醇稀释3倍.超声混匀后，在洁净干燥的玻璃基片上以同样的方法镀制不同Si含量的Si-Ti复合薄膜，再经过450 ℃热处理2 h，得到5个不同Si含量的复合薄膜(分别记为S-10%、S-20%、S-40%、S-60%和S-80%).1．6 性能表征用DLS测定酸性、中性和碱性SiO2及TiO2溶胶的粒径；用CAM测定玻璃薄膜的亲水性能(以WCA表示)；用AFM表征玻璃薄膜的表面形貌.2．1 SiO2溶胶的粒径用DLS于25 ℃对溶胶-凝胶法制备的酸性、中性和碱性SiO2溶胶的粒度进行测定，得到它们的粒径依次为1.0，1.4和24.4 nm.从粒径数据可以看出，随着制备条件pH值的增加，SiO2溶胶的粒径增大.显然，pH值是影响SiO2颗粒的粒径大小的一个重要因素，其机理为SiO2纳米溶胶的形成需经过TEOS的水解反应和缩聚反应2个过程，这2个反应速率都与pH值有关.在酸性条件下(pH=2～5)，水解反应的速率较快，溶液中形成大量的小晶核，而缩聚反应速率较慢，即小晶核的生长速率较慢，最终得到粒径较小的溶胶颗粒；在弱酸性至中性条件下(pH=6～7)，水解和缩聚速率均较慢，但缩聚速率略大于水解速率，制备的SiO2颗粒的粒径比酸性条件下的要大；在碱性条件下，缩聚反应的速率较快，小晶核一经生成就很快生长成较大的颗粒，因而最终得到颗粒较大的SiO2纳米溶胶[13].2．2 粗糙度致超亲水在25 ℃下用AFM和CAM对不同pH值的SiO2薄膜进行表征分析，得到相应的粗糙度(用表面粗糙度均方根Sq表示)及WCA，其数据列于表1.从表1可知，酸性、中性和碱性SiO2薄膜的表面粗糙度依次增大，而WCA却依次降低，这说明SiO2薄膜粗糙度越大，亲水能力越强.图1为酸性(a)和碱性(b)SiO2薄膜的表面形貌的三维AFM图.从图1(a)可以看出，酸性SiO2颗粒细小均匀，薄膜表面比较平整，存在一些相对较小的空隙；而图1(b)则表明碱性SiO2具有较大的颗粒，镀制的薄膜较酸性薄膜粗糙，且峰与峰之间的空隙较大.SiO2纳米薄膜粗糙度与亲水性能的关系可用Wenzel理论和Cassie理论来解释.Wenzel[14]假定粗糙表面上的液滴会渗透到凹凸不平的“槽”中，其理论用方程式表示为：cos θw=rcos θ,式中，θw和θ分别为液滴在粗糙表面的接触角和平滑表面的接触角；r为表面粗糙度，定义为粗糙表面实际的固-液接触面积与平滑表面的面积的比值，通常r ≥ 1.式(1)表明：对θlt; 90°的亲水表面，粗糙度越大，θw值越小，薄膜表面的亲水能力越强.Cassie等[15]将粗糙不均匀的固体表面设想为一个复合表面，对亲水表面为液-固复合表面，而对疏水表面则为气-固复合表面，其中亲水粗糙表面的润湿性用方程表示为：cos θc=fs(cos θ-1)+1，式中，θc为粗糙复合表面的接触角，θ为液滴在平滑固体表面的接触角；fs为固体表面分数，其值小于1.根据式(2)易知：对于θlt;90°的亲水表面，θclt;θ，且fs 值越小，θc越小，即复合表面中液体表面分数越大，表面的亲水能力越强.虽然，Wenzel理论和Cassie理论都可用来说明表明粗糙度对润湿性的影响，但两者的适用范围不同.图2是表示Wenzel理论和Cassie理论的适用范围，图中的θr和θ分别为Wenzel与Cassie理论中的粗糙表面接触角和平滑表面接触角.当-1/rlt;cos θlt;1/r，即表面为中等亲水或中等疏水时，适合用Wenzel理论解释，如酸性和中性SiO2薄膜；而当cos θlt;-1/r或cos θgt;1/r，即表面为超亲水或超疏水时，用Cassie理论阐明较为合理，如碱性SiO2薄膜.2．3 光致超亲水经DLS测试分析，TiO2溶胶的平均粒径为18.7 nm，且单分散性好.经观察发现：薄膜T-1/200经黑暗处理3 d失去超亲水性.图3为黑暗处理7 d后的薄膜T-1/200，经紫外光照前(a)后(b)对水的接触角示意图.从图3可以看出：TiO2薄膜经紫外照射后表现出超亲水性能，其WCA可达到0°，这表明TiO2薄膜具有光致超亲水性.TiO2的光致超亲水性机理主要是由于TiO2在紫外光的照射下能产生带正电的氧空位，而空气中的水可以解离吸附在带正电的氧空位上而形成表面羟基，表面羟基进一步吸附空气中的水分，从而使表面亲水化[17-18].可见，TiO2表面氧空位数量是影响TiO2薄膜亲水性能的最重要因素.由于锐钛矿型TiO2晶格中含有一定量的缺陷，从而产生一定量的氧空位，其形成机理[19]为：在锐钛矿型TiO2的形成过程中，晶体中的氧以氧气的形式放出，同时产生带正电的氧空位和等电量的准自由电子：，式中OO表示处在氧亚晶格正常位置上的氧，e′代表准自由电子(quasi-free O代表氧空位，上标(··)表示2个正电荷(电子空穴).虽然，在锐钛矿型TiO2晶格中含有氧空位，使其具有一定的亲水性能，但因其浓度较低而无法使锐钛矿型TiO2薄膜表现出超亲水性，这就意味着锐钛矿型TiO2薄膜本身是没有超亲水性能.当受到能量大于3.2 eV(TiO2的禁带宽度)[20]，即波长小于387.5 nm紫外光照射时，TiO2价带上的电子被激发并跃迁到导带上，薄膜表面的Ti4+转变成Ti3+，同时形成带1个负电的点缺陷Ti Ti′和氧空位：，式中Ti Ti代表正常晶格结点处的Ti4+.由于紫外光诱导所产生的氧空位主要处于表面2配位的“桥”位置，从而使得TiO2颗粒表面具有更多的氧空位，以至于表现出超亲水性能.这就是TiO2薄膜在紫外光(或太阳光)照射后具有超亲水性能而在黑暗中没有超亲水性能的原因.此外,对TiO2薄膜表面超亲水性机理还有另一种解释: TiO2光致超亲水源于其表面结构的变化,即TiO2薄膜在紫外光的照射下，其价带电子被激发到导带形成高活性的电子(e-)，同时在价带相应产生一个带正电的空穴(h+).Ti4+与光生电子反应生成Ti3+，而空穴则迁移至表面与桥位氧反应，使得Ti—O键断裂形成氧空位：e-+Ti4+→Ti3+，4h++2O22-→2O2↑.此时，空气中的水可以解离吸附在氧空位上形成表面羟基，进一步吸附空气中的水分，从而使表面亲水化.在Ti3+的缺陷周围可以形成高度亲水的微区，但其他区域还是保持疏水性，这样TiO2薄膜表面形成了均匀分布的纳米尺寸的亲水区和亲油区.因液滴尺寸远大于单个亲水区或亲油区面积，故TiO2薄膜表面在宏观上亲水和亲油性.当停止光照后，表面羟基又可以被空气中的氧取代，从而又恢复至疏水状态.2．4 粗糙度与光协同致超亲水经AFM和CAM表征分析，得到不同Si含量的Si-Ti复合薄膜经黑暗处理7 d后的表面粗糙度及紫外光照射前后的WCA数据如表2.由表2可知，随着Si-Ti复合薄膜中Si含量的增加，薄膜表面粗糙度降低，对应的紫外光照前的WCA减小，但光照后所有不同Si含量的Si-Ti复合薄膜都具有相同的亲水能力，WCA均为0°.其中薄膜S-10%、S-60%和S-80%在紫外光照前，其WCA分别为7.4°、7.1°和9.6°，而在紫外光照后，薄膜的WCA都为0°，是属于光致超亲水．薄膜S-20%在紫外光照前就达到超亲水状态，其WCA为3.1°，表面粗糙度均方根值为6.94 nm，在5种复合薄膜中粗糙度最大.这意味着在紫外光照前，薄膜超亲水是属于粗糙度致超亲水，而在紫外光照后，薄膜的WCA为0°，体现出具有光致超亲水的能力，因而说明薄膜S-20%具有粗糙度与光协同致超亲水的能力．图4为薄膜S-20%表面形貌的AFM图及水滴在紫外光照前后对表面的润湿情况.从图4(a)可以看出：薄膜S-20%表面颗粒分布均匀，峰与峰之间的空隙较大；由图4(b)和(c)可知，薄膜S-20%在紫外光照射前即具有很强的润湿性能，经紫外光照射后，水在其表面能够完全铺展，在图中难以发现水痕的存在.用溶胶-凝胶法制备的碱性SiO2薄膜只具有粗糙度致超亲水性能，而用同法所制备的TiO2纳米薄膜没有粗糙度致超亲水的性能，但经紫外光照射后，薄膜WCA 可达到0°，具有光致超亲水能力.采用SiO2溶胶与TiO2溶胶复配的方法所制备出的Si-Ti复合薄膜，当Si的摩尔分数为10%、60%和80%时，薄膜只有光致超亲水能力，而当Si的摩尔分数为20%时，表面粗糙度最大，在紫外光照射前，WCA为3.1°，经紫外光照射后，水滴铺展至0°，从而体现出具有粗糙度与光协同效应致超亲水能力，且具有全天候的超亲水性能.可见，本文所提出的粗糙度与光协同效应致超亲水的方法是可行的，且该法具有实验装置简单、制备条件温和、原料廉价易得和易于工业化等优点.【相关文献】[1]Zhang L B,Li Y,Sun J Q,et al．Mechanically stable antireflection and antifogging coatings fabricated by the layer-by-layer deposition process andpostcalcination[J]．Langmuir,2008,24(19):10851-10857.[2]Latthe S S,Imai H,Ganesan V,et al．Superhydrophobic silica films by sol-gel co-precursor method[J]．Appl Surf Sci,2010,256:217-222.[3]Venkateswara R A,Latthe S S,Nadargi D Y,et al．Preparation of MTMS based transparent superhydrophobic silica films by sol-gel method[J]．J Colloid InterfaceSci,2009,332:484-490.[4]Cebeci F C,Wu Z Z,Zhai L,et al．Nanoporosity-driven superhydrophilicity:a means to create multifunctional antifogging coatings[J]．Langmuir,2006,22:2856-2862.[5]Yamashita H,Nishio S,Katayama I,et al．Photo-induced super-hydrophilic property and photocatalysis on transparent Ti-containing mesoporous silica thin films[J]．Catal Today,2006,111(3/4):254.[6]Wang R,Hashimoto K,Fujishima A,et al．Light-induced amphiphilicsurfaces[J]．Nature,1997,388(31):431-432.[7]Zhu W Q,Feng X J,Lin F,et al．UV-manipulated wettability between superhydrophobicity and superhydrophilicity on a transparent and conductive SnO2 nanorod film[J]．Chem Commun,2006,26:2753-2755.[8]Nick S,Ezio P．Photocatalysis:fundamentals and applications[M]．New York:Wiley,1989.[9]Ollis D F,Al-Ekabi H．Photocatalytic purification and treatment of water andair[M]．Amsterdam:Elsevier,1993.[10]Sun R D,Nakajima A,Fujishima A,et al．Photoinduced surface wettability conversion of ZnO and TiO2 thin films[J]．J Phys Chem B,2001,105(10):1984-1990.[11]Fujishima A,Zhang X T,Tryk D A．TiO2 photocatalysis and related surface phenomena[J]．Surf Sci Rep,2008,63:515-582.[12]李行璐,徐晓明,王乐,等．TiO2纳米刺球制备和表征[J]．厦门大学学报:自然科学版,2012,51(5):888-892.[13]Brinker C J．Hydrolysis and condensation of silicates:effects on structure[J]．J Non-Cryst Solids,1988,100(1/2/3):31-50.[14]Wenzel R N．Surface roughness and contact angle[J].J Phys Chem,1949,53(9):1466-1467.[15]Cassie A,Baxter S．Wettability of porous surfaces[J]．Trans Faraday Soc,1944,40:546-551.[16]Shibuichi S,Onda T,Satoh N,et al．Super water-repellent surfaces resulting from fractal structure[J]．J Phys Chem,1996,100(50):19512-19517.[17]Wang R,Hashimoto K,Fujishima A,et al．Photogeneration of highly amphiphilic TiO2 surfaces[J]．Adv Mater,1998,10(2):135-138.[18]Henderson M A．Structural sensitivity in the dissociation of water on TiO2 single-crystal surfaces[J]．Langmuir,1996,12(21):5093-5098.[19]曾人杰,林仲华,方智敏．光诱导纳米二氧化钛超亲水薄膜SPM图像分析和氧空位浓度理论探讨[J]．电化学,2001,7(4):413-420.[20]Fujishima A,Hashimoto K,Watanabe T．TiO2 photocatalysis fundamentals and applications[M]．New York:BKC Incorporated,1999.。
超亲水-水下超疏油表面的研究进展
近年来，关于超亲水－水下超疏油表面的研究有很多。 目
前，关于该表面的制备方法主要以下几种。
１ 溶液浸泡法
张容容 ［５］ 通过将铜网在 ＮａＯＨ 和 Ｋ２ Ｓ２ Ｏ８ 的混合溶液中进
行浸泡，铜网表面因反应生成 Ｃｕ（ ＯＨ） ２ 而呈树枝状微纳米粗
糙结构。 研究表明，水滴在该表面的接触角为 ０°，而油滴在水
中的接触角为 １５９°，使铜网具备空气中的超亲水和水中超疏油
的特性。 该 铜 网 对 不 同 种 类 的 油 水 混 合 液 的 分 离 效 率 都 在
９０％以上，经过简单清洗后，铜网可以重复使用。 用海水浸泡若
干天后，铜网仍具有很好的油水分离效果。
招嘉斯 ［６］ 先用黏着力好的多巴胺对不锈钢丝网进行处理，
鲁士蓝，然后通过层层自组装 Ｆｅ３＋ －羧甲基纤维素钠水凝胶对
表面进行改性，制得超亲水－水下超疏油性的 Ｆｅ３＋ －羧甲基纤维
素钠－类普鲁士蓝－Ｎｉ 的复合网膜。 研究表明，该网膜在水下与
油的接触 角 为 １５６°， 对 各 种 油 水 混 合 物 的 分 离 效 率 均 高 于
９９．０％，具有水通量、穿透压力高，在水下对油的粘附力小，耐酸
材料。
山 东 化 工
ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２１ 年第 ５０ 卷
· ５０·
钢丝网表面，制得超亲水－水下超疏油性的不锈钢丝网。 研究
发现，不锈钢丝网的最佳规格为 ３５０ 目，以此制备的网膜在空
气中与水的接触角为 ０°，在水下与油的接触角为 １５９°。 该网膜
该表面可以作为一种新的分离手段，简单、有效地分离油和水的混合物。 本文将对超亲水－水下超疏油表面的研究进展作一介绍。
超亲水表面的研究及应用进展
超亲水表面的研究及应用进展吴文剑;王超;李红强;张美丽;赖学军;曾幸荣【摘要】超亲水表面与水具有很强的相互作用力,将水滴滴在上面能够在较短时间内完全铺展开,使接触角等于或接近于0°,在自清洁、防雾、防污、油水分离等众多领域均有着十分广阔的应用前景,是当前研究的热点之一.该文首先介绍了超亲水表面的定义,并简单回顾了其研究背景;其次对超亲水表面的亲水机理进行了总结和归纳,其一是在高表面能物质的表面上构造粗糙度实现超亲水,其二是光致实现超亲水;进一步地,重点阐述了目前超亲水表面的主要制备方法及其研究进展,如溶胶-凝胶法、气相沉积法、模板法、相分离法和层层自组装法等,并对比了其优缺点;此外,介绍了超亲水表面在自清洁与防雾、油水分离及其它方面的主要应用进展;最后,指出了目前制备超亲水表面存在的一些问题,如需要采用昂贵的仪器设备或复杂的工艺流程、易受外界条件(光、热、氧等)的影响、使用的持久性差、应用领域仍有待于发展等,并认为环保型、功能性和耐久性是超亲水表面未来的主要发展方向.【期刊名称】《合成材料老化与应用》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】9页(P104-112)【关键词】超亲水;表面;进展;纳米技术;油水分离;发展方向【作者】吴文剑;王超;李红强;张美丽;赖学军;曾幸荣【作者单位】东莞理工学院材料科学与工程系,广东东莞523808;东莞理工学院材料科学与工程系,广东东莞523808;华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640;东莞理工学院材料科学与工程系,广东东莞523808;华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640;华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TQ638表面浸润性是固体表面的重要特征之一，通常用接触角(Contact angle，CA)来表征液体对固体的浸润程度。
超亲水一般是指水滴能够在材料表面完全铺展开，使接触角等于或者接近于0°[1-5]。
超亲水、超疏水表面的研究进展
超亲水、超疏水表面的研究进展王志磊【摘要】概述了近年来超亲水、超疏水表面的发展历史,验证了近几年来该方向的研究成果.从超亲水表面制备、超疏水表面制备以及超亲水-超疏水可逆转换表面3个方面做了较为详尽的总结.要使这些特殊表面能够获得广泛的工业应用,还需要解决一些重要的技术问题.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2010(039)005【总页数】4页(P590-593)【关键词】超亲水;超疏水;超疏水-超亲水可逆转换【作者】王志磊【作者单位】兖矿国宏化工有限责任公司,山东,济宁,273512【正文语种】中文【中图分类】TQ423固体表面的润湿性对基础研究和实际应用都非常重要，近年来，超亲水、超疏水表面作为一种非常特殊的现象受到了人们的广泛关注[1]。
超亲水性表面是指与水的接触角＜5o的表面，其性能优异、应用广泛，可以自清洁、防雾、提高表面热交换效率等。
一般来说，表面的粗糙化可以使亲水表面更加亲水，甚至达到超亲水。
超疏水表面一般是指与水的接触角＞150o的表面，它在工农业生产和人们的日常生活中都有着极其广阔的应用前景，用于玻璃、陶瓷、混凝土、木材等建筑材料上，可以使材料具有自清洁或易于清洗的效果；用于服装等纺织品上，可以起到防水防污和自清洁的效果；用于高降雪地区的卫星天线或户外标牌上，可以防止因积雪导致的信号中断或外观模糊。
固体表面的润湿性同时由其化学组成和几何结构共同控制，低的表面自由能和合适的表面微细结构是固体表面产生超疏水性的两个前提条件[2]。
针对以上介绍，本文就现阶段超亲水、超疏水表面的研究现状做了较为详细的总结。
现阶段，在制备超亲水表面时，应用TiO2进行研究制备实例比较多，人们发现，TiO2薄膜有优异的光致超亲水性能，但在黑暗中放置，超亲水性能将消失，影响了其实际应用，将TiO2、SiO2以一定的形式复合后，其亲水性能将有不同程度的增强，由此制备出了可见光下具有超亲水性质的薄膜。
实验证明，将SiO2引入TiO2中后，TiO2和SiO2既独立成相，也生成复合氧化物，产生一些特殊的性质，其中酸性的变化是值得注意的，因为羟基化半导体表面与酸性有较大的关系。
亲水性膜的研究进展
亲水性膜的研究进展亲水性膜的研究进展文章标题：亲水性膜的研究进展摘要：亲水性膜因其耐污染等性能，成为当前分离膜研究的热点之一。
从疏水性材料亲水性改性和亲水性材料的角度出发，综述了亲水性分离膜的改性方法以及亲水性材料制备膜的优点。
关键词亲水性亲水性改性疏水性AdvancesonHydrophilicMembranes1、概述随着膜技术的发展，膜分离已经越来越广泛的应用于生产、生活的各个方面。
但其在使用过程中易被污染问题逐渐受到人们的重视。
常用于微滤和超滤的膜材料大多是疏水性的，如聚乙烯，聚丙烯，聚偏氟乙烯，聚砜等。
它们有良好的热稳定性及耐化学腐蚀性。
然而疏水性膜的缺点就是在使用过程中由于溶质吸附和孔堵塞而使得通量下降。
疏水性膜不被水润湿，为了让水透过膜必须进行材料表面改性，这些材料用于水过滤时必须对材料表面进行亲水化处理，而亲水化处理时引人的表面活性剂往往会影响它的一些使用，因此需要制备亲水性膜。
2、改性亲水性膜膜性能与膜材料的性质密切相关，使用疏水性材料所制备的膜，在使用时，水通量较低，在分离油／水体系(尤其是含蛋白质的溶液)时吸附污染严重，通量衰减很快，降低了膜的使用寿命，增加了操作费用，制约了其在膜分离领域的应用。
因此，大部分进行改性。
2.1膜表面化学处理改性化学改性是在疏水材料表面引人亲水性成分的化学改性方法。
Molly[1]通过两步化学改性在PVDF膜表面引入了羧基。
即先使膜在含有相转移催化剂——四丁基溴化铵的NaOH溶液中脱HF，生成纳米级的超薄活性皮层，再用强氧化剂氯酸钾／硫酸氧化活性皮层中不饱和基团，改性过程在N2保护氛围中进行。
XPS光谱及UV光谱分析表明，膜表面引入的极性基团为羧基。
接触角测定表明，改性后膜表面的接触角较改性前降低了11°，膜表面的亲水性有较大改善。
Y．Nagase[2]等人为了改进聚砜的气体和液体的通透性，用聚合物反应引入PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为支链来修饰聚砜。
玻璃表面纳米薄膜的超亲水机理研究
子组 装 到聚 阳离 子层 中制 备 出多孔 结 构 的玻 璃 薄 膜 ，
该薄 膜 表 面 对 水 接 触 角 （ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ， ＷＣ Ａ）
在０ ． ５ Ｓ内就 能小 于 ５ 。 ． Ｙａ ｍａ ｓ ｈ ｉ ｔ ａ等［ ５ 将 溶 胶一 凝 胶 法制 备 的 Ｓ ｉ Ｏ 溶胶 旋 涂 在 石 英板 上 制 备 出 透 明 的介
摘 要 ：针对粗糙度致超亲水和光致超 亲水所存 在的不足之处 ， 提 出一种粗 糙度与 光协 同效 应致超 亲水 的方法． 以钛酸
正丁酯 （ ＴＢ ＯＴ ） 和 正 硅 酸 四 乙酯 （ ＴＥ Ｏ Ｓ ） 为 原料 ， 采用溶胶一 凝胶法制备 Ｔ ｉ Ｏ 、 不同ｐ Ｈ 值的 Ｓ ｉ Ｏ ２ 和ｓ ｉ ０ ｚ — Ｔ ｉ Ｏｚ 复配溶胶 ， 利 用 浸 渍 提 拉 法 在 玻 璃 基 片上 镀 制 Ｓ ｉ Ｏ 纳米 薄膜 、 Ｔｉ Ｏ 纳米薄膜和 Ｓ ｉ － Ｔｉ 复 合纳米薄膜． 通过 动态光散射 分析仪 （ Ｄ Ｌ Ｓ ） 对ｓ ｉ Ｏ 和Ｔ ｉ ０ 溶 胶 的粒 径 进 行 测 定 ， 分别用接触角测定仪 （ Ｃ ＡＭ） 和原子力显微 镜（ ＡＦ Ｍ） 对 纳 米 薄 膜 的 亲 水 性 能 和 表 面粗糙度进行表征． 实验结果表明 ： 碱性 Ｓ ｉ Ｏ 纳 米 薄膜 具有 粗糙 度致 超 亲 水 的 性 能 ， Ｔ ｉ Ｏ 纳 米 薄 膜 具 有 光 致 超 亲 水 的性 能， 而当 ｓ ｉ 摩尔分数为 ２ Ｏ 时， ｓ ｉ — Ｔｉ 复合 纳米 薄 膜 具 有 粗 糙 度 与 光 协 同 效 应 致 超 亲 水 的 性 能 ．
关键 词 ： 溶 胶一 凝胶法 ； 超 亲水 ； Ｓ ｉ Ｏ ｝ Ｔ ｉ Ｏ
超亲水材料的研究进展及应用
超亲水材料的研究进展及应用刘洪达;赵巍;李世瀚;齐先志;王小东【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2022(51)6【摘要】自然界中存在着很多超亲水现象,受其启发人们探索各种方法制备超亲水材料,并总结了材料实现超亲水功能的两大关键条件,高能表面和表面粗糙结构。
研究中人们逐渐发现其自清洁、抗反射、防腐蚀、防结冰、油水分离等功能,这不仅在工业领域有着广泛的需求场景,而且在商业乃至日常生活中也有一定的应用价值。
归纳了超亲水材料的制备方法,包括溶胶-凝胶法、水热法、逐层自组装法、相转化法、界面聚合法等,并从实现量产与工业化的角度对各种方法进行了对比。
另外介绍了超亲水材料的主要功能及潜在应用领域,其中有些特性如自清洁已经应用在玻璃上并商业化,相较下工业领域的要求更高,因此应用难度更大。
最后指出了现阶段开发的超亲水材料在稳定性、制备工艺、环境影响等方面存在的问题,同时对未来的研究方向给出了建议。
尽管目前超亲水材料距离大规模应用还存在很多关键问题和挑战,但研究制备低成本、性能稳定、绿色环保的超亲水材料仍然具有重要意义。
【总页数】9页(P1471-1478)【作者】刘洪达;赵巍;李世瀚;齐先志;王小东【作者单位】中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院;中国石油辽河石化分公司【正文语种】中文【中图分类】TQ63【相关文献】1.DNA超微量注射及亲水／憎水材料在其中的应用2.超亲水超疏油网膜材料的研究进展3.利用超亲水材料进行构筑物温度调节的应用研究4.超亲水/水下超疏油膜功能材料及其研究进展5.超亲水-超疏油油水分离材料的研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超亲水涂膜技术研究进展
第 ２期
席先 锋 ， 等： 超亲 水涂 膜技 术研 究 进展
究， 以降低 表面 活性 剂 的流失 速率 ， 延 长超 亲水 性 能． 崔 长安 等Ⅲ ６ 改进 了混 合工 艺 ， 将无 水 乙醇 、 丙 二醇 、 异
丙醇、 椰子 油脂 肪 酸二 乙醇 酰胺搅 拌 均匀 ， 再 加入 香精 和 水 二次 搅 拌得 到 了超 亲水 材 料 ， 延 长 了超 亲 水 时 间． 杨 辉等 将 多种 表面 活性 剂进 行复 配制 备 了玻璃 防雾 剂 ， 它 可 以延 长 防 雾 时 间并 保持 玻 璃 清 洁． 其 次 是 在透 明树脂 制备 或塑料 混 炼成 型 时掺人 一 些表 面活 性剂 ， 这 样 可 以减 缓表 面 活性剂 的 流失速 度 ， 达 到延 长 超亲 水性 的 目的． 龟 田芳治 等 合成 了一 种 大分 子表 面活 性剂 并在 合成 聚 烯烃 系树脂 中添加 ， 制得 了具
第 １ ３卷 第 ２期
２ ０ １ ４年 ３月
杭 州师范 大学 学报 （ 自然 科学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
关注 ．
浸 润性 是 固体 表 面的一 项重要 特征 ， 通 常可 以用 接 触 角 （ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ， Ｃ Ａ）来 表征 液体 对 固体 表 面
超亲水薄膜研究进展
超亲水薄膜研究进展孙绪军;张浩;刘顺强;陈守德;陈佳山【期刊名称】《山东化工》【年(卷),期】2015(44)1【摘要】This paper described the principle of super hydrophilic film,mainly preparation methods of super hydrophilic film,and put forward three proposals for the future research on the technology of super hydrophilic film.%主要介绍超亲水薄膜的超亲水原理，超亲水薄膜的主要制备方法，并对超亲水薄膜的今后技术研究提出三方面的建议。
【总页数】3页(P65-66,69)【作者】孙绪军;张浩;刘顺强;陈守德;陈佳山【作者单位】连云港职业技术学院医化学院，江苏连云港 222006;连云港职业技术学院医化学院，江苏连云港 222006;连云港职业技术学院医化学院，江苏连云港 222006;连云港职业技术学院医化学院，江苏连云港 222006;连云港职业技术学院医化学院，江苏连云港 222006【正文语种】中文【中图分类】TB383【相关文献】1.TiO2薄膜超亲水性的研究进展 [J], 周学东;谢毅;何鑫;刘保顺2.可见光响应超亲水TiO_2薄膜研究进展 [J], 黄涛;黄洪;司徒粤3.TiO2薄膜超亲水性研究进展 [J], 张新磊;李翠霞;樊丁;顾玉芬;陈永华4.改性纳米TiO_2薄膜超亲水性的研究进展 [J], 黄伟欣;黄洪5.可见光诱导纳米TiO_2超亲水薄膜的研究进展 [J], 杨贞妮;赵宗彦;辛官增;刘强;柳清菊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超亲水材料的研究进展及应用
超亲水材料的研究进展及应用篇一咱今儿个就唠唠超亲水材料，这玩意儿听起来特高科技，其实离咱生活近着呢！我记得有一回夏天，我跟朋友去海滨城市旅游。
住的民宿窗户脏得哟，全是海水溅上留下的盐渍，还有灰尘混合着，瞅着雾蒙蒙一片，本来能看海的好视野，全给糟蹋了。
我正嘟囔着咋擦呢，房东大哥拿着块抹布过来，往玻璃上一抹，神奇的事儿就发生了！那水痕“呲溜”一下就散开了，抹布过处，玻璃变得锃亮，跟新的似的。
大哥笑着说，这抹布是用超亲水材料做的，对付这种脏窗户，那是小菜一碟。
我当时就好奇得不行，这超亲水材料啥来头？原来啊，这超亲水材料的研究，早在上世纪就有苗头了。
一开始，科学家们是在大自然里找灵感。
荷叶大家都熟悉吧，水珠在荷叶上滚来滚去，荷叶却一尘不染，这叫“荷叶效应”，是疏水的典型。
但超亲水材料反其道而行之，要让水爱得死去活来，一沾就铺展开。
早期研发，困难重重。
材料的选择就像大海捞针，从各种金属氧化物到高分子聚合物，一个个试。
有的材料亲水是亲水了，可稳定性太差，放几天就失效；还有的制备成本高得吓人，根本没法大规模用。
不过，科技发展的车轮滚滚向前。
近些年，超亲水材料有了大突破。
在建筑领域，外墙用上超亲水涂料，下雨天，雨水不再是一道道泪痕挂在墙上，而是均匀地铺成一层水膜，把灰尘污垢一股脑儿冲下来，省了大把清洗费。
汽车挡风玻璃也用上了，雪天、雨天，视线不再模糊。
我一朋友是个老司机，之前一下雨开车就提心吊胆，雨刮器再咋刮，玻璃上总有那擦不干净的小水珠，影响视线。
换了超亲水玻璃后，他乐呵地跟我说：“现在下雨天开车，就跟晴天似的，水珠‘嗖’地一下就没影了，安全感爆棚！”医疗方面，超亲水材料也崭露头角。
像一些植入人体的器械，表面用超亲水材料处理后，能减少蛋白质吸附，降低血栓形成风险。
这就好比给器械穿上了一层“光滑外衣”，让人体细胞和血液成分不那么容易黏上去捣乱。
在环保领域，超亲水滤网用于污水处理，能快速吸附水中杂质，净化效率比普通滤网高得多。
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表面的水接触角最小达到 ３ 。 ， 且黑 暗中放置 ２ ４ ｈ 后， 水接触
角回升最 小 ， 可以保持 ６ 。 的水 接触 角 。这 是 由于 Ｓ ｉ Ｏ 表 面 存在 大量 羟基 基 团， 电子空 穴对 周 围的物 理 吸附 水扩 散 至 Ｓ ｉ Ｏ 表面 ， 被Ｓ ｉ Ｏ ： 表面的羟基吸附 。停止光照 后 ， Ｓ ｉ Ｏ 表 面 的羟基吸附水对 ” 一Ｏ Ｈ起 稳定作用 ， 延 缓 电子 空穴对 的
２ ． １ 溶胶 一 凝 胶 法¨ ” （ ｓ ｏ ｌ —ｇ ｅ １ ）
溶胶 一凝胶法是先制备 溶胶 产品 ， 然后在基材表 面凝胶
成膜。ｓ ０ ｌ — ｇ ｅ １ 法具有 以下优 点 ： 溶胶 产品粒 径小 、 纯度 高 ， 凝胶 薄膜化学组成均匀 ， 整个过 程工 艺简单 ， 易于工业化 ， 其
・
６６ ・
山 东 化 工 Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Байду номын сангаасＣ Ｈ Ｅ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｙ
２ ０ １ ５年 第 ４ ４卷
水材料表面的粗超 度 ， 获得超亲水性能 。
的光催化活性增 加且对 水 的接 触角 由光 照前 的 ５ ４ 。 降 到光
照后 的 ６ 。 。
法 的优 点 是 可在 浮法 玻 璃 生 产 线 上 直 接 镀 膜 ， 节约 了能源 ，
制备的膜纯 度高 、 致密性好 。Ｃ Ｖ Ｄ法的 缺点是工艺 复杂 ， 设 备 投资大 ， 生产成本高 。
类 。从工业化和薄膜质量均 衡考 虑 ， 溶 胶 一凝胶法 、 化学 气
相沉积法 、 物理气 相沉积法应用最佳 。
料、 保温超亲水材料 、 导电超亲水材料 、 医用超 亲水材料等。 （ ３ ） 二种理论结 合 ， 在 提高 产 品质量 的前 提下 ， 增 加 产 品类别 ， 拓 宽超亲水材料的使用范 围。
Ｔ ｉ Ｏ ， 亲水性及 自清洁性能受到限制 。
３ 超 亲水材 料 的未来 研 究方 向
超亲水材料今后 的研 究重点主要有以下三个方 面：
（ １ ） 技 术上向使 用简单 ， 功能 持久 发展 。ｓ ０ ｌ —ｇ ｅ ｌ 法提 高溶胶固体含 量 ， 使一次凝 胶产 品薄膜厚 度增加 ； Ｃ Ｖ Ｄ法 和 Ｐ Ｖ Ｄ法技术上 降低 生产成本 ， 提 高产 品功效 。 （ ２ ） 功能上 向复合 化方 向发展 ， 开 发热 反射 超亲 水材
Ｔ ｉ Ｏ ： 复合薄膜在 自然 光条 件下 已具 备优 良的超亲 水性 能 ； 水滴 ０ ． ２ ｓ内即可在表 面完 全铺展 到 ０ 。 ； 避 光条件 下保 存 ，
超亲 水 时 效 性 可 达 到 ３ ０ ｄ 以上 。在 可 见 光 活 化 下 即 可 强 化 超 亲水 性 能 ， 具 有 良好 的 防雾 效 果 。
很容易迁移到不同 的晶体层 中， 且 很难 复合 ， 而溶胶 一凝 胶
法制得的薄膜 中间存在无定形相 ， 阻碍电子 一空穴的迁 移。
复合 ， 使 整个 薄 膜 表 面 可 以在 黑 暗 中 存 在较 长 时 间 的 亲
水性 。
Ｐ Ｖ Ｄ法 自清洁玻 璃 目前 国内 以三峡新材 为代表 。Ｐ Ｖ Ｄ
技术核心 在于溶胶前驱体。
Ｇ ｕ ａ ｎ － ｌ 等在 Ｔ ｉ Ｏ ２ 溶 胶 中复 合 Ｓ ｉ Ｏ ： ， 制得 Ｔ ｉ Ｏ ／ Ｓ ｉ Ｏ ２ 溶 胶， 并利用浸渍提拉法 制备 Ｔ ｉ Ｏ ： ／ Ｓ ｉ Ｏ 薄膜 涂层 。其 结果显 示， 在２ ０ Ｗ 的紫外光 照射 ６ ０ ｍｉ ｎ后 ， 添加 ４ ０ ％ Ｓ ｉ Ｏ 的薄膜
２ ． ３ 物理 气相 沉积 法 １ ６ ］ （ Ｐ Ｖ Ｄ）
物理气相沉积法 是指 在真空条件下 ， 用物理的方法使材 料沉积在被 镀工 件上 的 薄膜 制备 技术 。Ｐ Ｖ Ｄ法 的主要 有 ， 真空镀 膜 、 溅射镀膜 、 离子镀膜等 。在 制备超亲水 Ｔ ｉ Ｏ 薄膜 中应用较多的是磁控溅 射法 。它 根据带 电离子在 电场加速 后带有动能的特点 ， 将 离子 引向将被溅射的靶电极 。在 离子 能量适 宜的情况 下 ， 入射离子 和电极 表面将在碰撞 中溅射 出 表面原子。这些被溅射的原子具有一定 的动能 ， 会沿着一定 的方向朝基底溅 射 ， 从 而实现在 基底上沉 积薄膜。 Ｉ ｒ ｉ ｅ ＿ ｌ 等分别使 用溶胶 一凝胶法和溅射 法制备 了 Ｔ ｉ Ｏ ／ ＷＯ ， 双层 薄膜 ， 后者表 面亲水 性 明显优于前 者 ， 这是 因为溅 射法制备的 Ｔ ｉ Ｏ ／ ＷＯ 薄膜 中间不存在第 三相 ， 电子和空穴
２ 超亲水 材料 的制备 方 法
超亲水材料的制备方法很 多 ， 主要有气相法 、 液 相法 、 电 化学法 。气相法分为化学气 相沉 积法 和物理气相沉 积法 ， 液 相法有溶胶 一凝 胶法 、 水 热法 、 液 相 沉积 法 、 水 解沉 淀法 四
Ｃ Ｖ Ｄ法 自清洁玻璃 目前 国内以耀华 玻璃 为代表。Ｃ Ｖ Ｄ
煅烧 ６ ０ ｍ ｉ ｎ去 除 Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０， 获 得多 空 Ａ ｇ—Ｔ ｉ Ｏ ２凝 胶 薄膜 。 研究发现 ， 掺杂 Ａ ｇ 与Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０对薄膜 在非紫外 光下 的超 亲 水特性具有协同作 用 ， 掺杂 Ａ ｇ明显提 高薄膜 动态润 湿速 度 及可见光响应 ， 表面粗糙多孔结构有利 于避光 条件下 的长效 超亲水 特性 。Ａ ｇ含 量 １ ０ ％、 Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０掺 杂 量 ５ ％的 Ａ ｇ—
法优 点 是 渡 膜 杂 质 含 量 较 低 ， 薄 膜 与 玻 璃 基 底 之 间 具 有 很 强
孙琳 等用 Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０为致孔 剂 ， 制备 Ａ ｇ —Ｔ ｉ Ｏ ：溶胶 ，
的附着力 。Ｐ Ｖ Ｄ法缺点 是磁控溅 射技术 无法得到锐钛 型的
并利用浸渍提拉法 制备 Ａ ｇ — Ｔ ｉ Ｏ 薄膜 涂层 ， 马弗 炉 中 ４ ５ ０ 。