納米超親水技術

首頁 > 納米超親水技術

與國際頂尖實驗室聯合研制對接,國內唯一成熟掌握超親水技術“碧然原子材料技術聯合實驗室”技術轉化,實現超親水納米涂層產品化。



超親水技術


    日本東京大學的Wang 等發現納米TiO2在UV 光照射下表現出超親水性。納米TiO2薄膜最初的接觸角為幾十度,經紫外光照射后接觸角降低,水直接平鋪在了薄膜上,接觸角接近于0°。將納米TiO2涂層玻璃暴露在水蒸汽中時,這種潤濕性的變化更明顯。在沒有UV 光照射時,被激活的表面發生反轉,接觸角重新變為幾十度;將表面再次暴露在UV光下其親水性可以再次恢復。同時也發現,紫外光的照射可以使TiO2表現出高親油性,這就是納米TiO2獨特的兩親性質。Hasan 和Kavich 等發現在連續10 h 的紫外光照射下,納米TiO2的親油性轉變為疏油性,同時保持了親水性。


    目前超親水性自清潔涂料主要以納米TiO2光催化自清潔涂層為主。利用納米TiO2的光催化性和超親水性,將納米TiO2溶膠引入涂料中,遷移到涂層表面的納米TiO2在空氣中水分存在的條件下催化表面的有機物產生大量羥基基團,使表面具有超親水性,一旦表面被油污污染,由于表面的超親水性,使得油污不容易附著,可在自身重力、外部風力或雨水沖洗的作用下脫落從而實現自清潔。主要機理在于:(1)在UV 照射下,由于納米TiO2的光催化作用,使得有機污染物被降解;(2)納米TiO2的光誘導超親水性使水在基材表面幾乎完全鋪展開,將污染物與基材隔開,污染物會隨水膜的鋪展而被帶走。超親水表面的制備方法有:水熱法、自組裝法、電極沉積法、等離子法、聚合物/納米粒子共混法、射頻濺射法等。超親水表面的研究比超疏水報道的少,但其獨特的優點是疏水性表面無法比擬的,如透明性、防霧性能、防覆冰性和快速干燥等。另外,超親水表面在熱傳遞、生物分子固定以及減阻等方面有巨大潛在應用。


納米TiO2超親水自清潔涂層的研究現狀


    納米TiO2超親水性薄膜保持自清潔的關鍵在于親水性與光催化活性的協同作用。在納米TiO2復合薄膜中加入SiO2,使得復合涂層既可以保持納米TiO2的光催化活性,還可以有效地提高薄膜的超親水性,并保持良好的耐久性。Guan 等研究發現,將SiO2添加到納米TiO2中,在UV 照射下薄膜接觸角降低,且超疏水性可以保持較長的時間。通過調節SiO2的添加量,可以使薄膜的光催化活性和超親水性此消彼長。光催化性和超親水性密切相關,其共同作用保持薄膜的自清潔性能。


    丁曉峰等將SiO2溶膠、含有甲氧基硅基的苯乙烯- 丙烯酸齊聚物( SA) 與氨丙基三乙氧基硅烷(APS)經室溫濕固化,獲得有機- 無機雜化基質,并與TiO2粒子復合制備出納米涂層,在陽光下暴露一定時間后,可以使復合涂層表面獲得超親水親油和光催化活性。實驗表明,納米TiO2含量由2. 0%降低到0. 5%時,涂層表面的水接觸角與油性液體( 正己烷、二甲苯、正十六烷、丙酮等) 接觸角均隨著陽光照射時間的延長而減小,表明納米TiO2涂層同時形成了超親水親油表面,展現出了納米TiO2膜的雙親特性。


    呂德濤等利用溶膠凝膠法及超聲技術,以正硅酸乙酯(TEOS)和酞酸丁酯(TBOT) 為前驅體成功制備出了SiO2 - TiO2溶膠,并采用自制浸漬提拉機在普通玻璃板上涂膜,膜層表現出超親水性,最小接觸角為4. 3°,滿足防污自清潔的要求。由于TiO2薄膜表面的光譜響應范圍較窄,不能高效率利用太陽光。通過摻雜敏化,從而引起吸收波長的“紅移”,可以使TiO2的響應在可見光范圍內有所增強。Pinho 等應用一種簡單且低成本的方法制備出介孔Ag - SiO2 - TiO2光催化涂層,可以滿足建筑外墻自清潔性能的需要。研究發現,SiO2 - TiO2復合網絡中較高的Ag 添加量,可以拓寬TiO2對可見光的吸收及擴大光催化的表面積,進而提高涂層的光催化性能。申樹芳研究了SrO、La2O3及NiO 摻雜TiO2涂膜對其親水性的影響。實驗發現摻雜Sr2 +、La3 +、Ni2 + 等對TiO2薄膜的光誘導超親水性起了敏化作用,隨著摻雜量的增加,復合薄膜產生紅移現象。


    納米TiO2光催化超親水自清潔涂層表面在環境保護和能源節約領域有著極大的應用潛力,且其應用領域非常廣泛靈活。除了用于建筑建材,還可以將具有除菌、自清潔和除臭性能的TiO2薄膜沉積在光纖、紡織品、棉等材料上,用來制作衣服,比如具有自清潔和抑菌性能的醫生的制服?;谧郧鍧嵑凸庵掠H水性能的納米TiO2涂層,已經有自清潔產品研制出并實現商業化。然而,自清潔效應和光致親水性的基礎理論和詳細的機理目前還并不清晰。目前的光致親水和自清潔效應的應用還僅限于室外,因此拓寬TiO2的光吸收范圍,使其延伸到可見光部分對其應用有重大意義,或者開發其他在可見光范圍內就可以實現自清潔的新材料。


    自清潔表面因為獨特的浸潤性,表現出優異的防霧、防污、防覆冰、防腐蝕等性能,受到越來越多關注。雖然目前研究已經取得了不俗的成績,但是還是有一系列的問題有待解決。比如提高自清潔涂層的附著力與耐久性,制備方法及工藝設備的簡單化等。未來應著重設計并應用自清潔涂層表面的潤濕性??捎晒庹T導控制改變的TiO2自清潔涂層,包括開發更多的對光響應的新型材料,賦予新材料生物活性及生物相容性等。


電話號碼
400-8768-336
公眾號二維碼
公眾號二維碼
日本十大色情片 - 视频 - 在线观看 - 电影影院 - 品赏网