改性tio2亲水薄膜材料及其接触角影响研究【字数：11163】
本文对纳米TiO2超亲水自清洁薄膜进行了改性研究，来制备优异超亲水性能的自清洁薄膜。使用溶胶凝胶法，和SiO2掺杂改性的方法进行此次研究。在试验过程中，通过改变了SiO2的引入量和薄膜热处理的温度，选取薄膜成品中性能优异的进行了X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜分析（SEM）。实验结果表明适量的SiO2的引入明显的提高了TiO2的薄膜的超亲水性能，接触角可以降低至0°。XRD分析结果表明薄膜在经过热处理后，初步形成了锐钛矿相的TiO2的晶体，晶体粒径较小，SiO2的引入有一定抑制晶粒生长的作用。也可能由于热处理温度较低，没有使晶体生长完全，但是玻璃基底限制了进一步的高温处理。SEM分析表明使用溶胶凝胶法和旋转涂膜法制备的薄膜表面较平整，粒径较小分布均匀。改性实验证明了SiO2的掺杂确实有效提高了薄膜的亲水性能。
目录
1.研究背景及问题的提出 1
2.基本原理 3
2.1.TiO2光催化的基本原理 4
2.2.TiO2光致超亲水性的基本原理 5
2.3影响TiO2自清洁薄膜亲水性的因素 6
2.3.1厚度 6
2.3.2表面形貌 6
2.3.3晶体结构 7
2.3.4掺杂改性 7
2.4 溶胶凝胶法制备TiO2薄膜 7
2.4.1溶胶凝胶法 7
2.4.2溶胶凝胶法的优缺点 8
3.实验部分 9
3.1实验药品 9
3.2试验设备 9
3.3薄膜的制备 10
3.3.1 溶胶的制备 10
3.3.2 玻璃片的清洁 11
3.3.3 镀膜 11
3.3.4 热处理 11
3.4亲水性能表征实验 11
3.4.1 SiO2掺杂量对薄膜亲水性能的影响 14
3.4.2处理温度对薄膜亲水性能的影响 14
3.5 XRD薄膜结构分析 14
3.6 SEM分析实验 15
4.小结 17
参考文献 18
致谢 20
1.研究背景及问题的提出
进入21世纪以来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
，玻璃由于其良好的光学性能已经成为了建筑材料的主要材料之一，不少标志性建筑已经采用全玻璃幕墙结构。随之而来的清洁问题日益成为关注和研究的焦点。众所周知，大面积的玻璃幕墙清洁一直存在以下几个方面的问题：1、建筑外部的高空作业存在极大的风险，施工人员安全难以保障；2、大面积的清理必须使用大量的清洁剂，不仅消耗大量的资金，同时清洁剂的使用也对环境造成了一定的污染；3、清洁消耗了大量的水资源。因此，迫切需要一种节约、环保、高效的清洁方法。在这一背景下，基于半导体光催化技术的光致超亲水自清洁薄膜脱颖而出，成为研究的热点。薄膜以TiO2半导体为基础，通过其光致超亲水性的特性，使液体（如雨水等）在玻璃表面铺展开来，利用重力将玻璃表面的灰尘等带走。同时由于其光催化的特性，薄膜更是具有降解有机污染物的作用，有利于环境保护。但这一薄膜材料依旧存在一些问题，因此对这一材料的改性研究也成为了热点之一。
1.1发展历史及现状
现在日本、美国、加拿大和法国等许多国家已经投入了大量资金研究光催化功能材料及其相应的技术，与光催化材料相关的报到和产品日益增多。其中日本不仅是最早发现TiO2光催化特性的国家，其后，对其光催化机理和具体应用都有着相当深入的研究。自半导体光催化的特性发现以来，就一直致力于研究其中光催化的具体机理。尤其是上个世纪七八十年代，通过大量研究，对半导体光催化的机理有了一个清晰的认识。随后，自1992年起对半导体光催化技术的研究从理论研究转向了具体应用研究。到目前为止，以光催化技术为基础的具体产品种类也日益丰富，其中包括：空气净化器、抗菌卫生器具、防雾自清洁玻璃等。而光催化自清洁玻璃就是其具体应用中的一种。
日本作为最早研究光催化相关产品的国家，其光催化建材产品一直走在世界前沿。不少知名企业已经生产出相当成熟的产品。东陶（TOTO）公司的自清洁玻璃和陶瓷已经相当成熟，用户可根据需求自行选择。Toyota公司和Nissan公司也有类似的产品已经投产。这些产品均是以TiO2为基础，具有性能优异的自清洁、防雾以及防污抗菌功能。这些产品不止应用于建材，在汽车等产业中也有着相当成熟的应用。
除日本外，美国、英国也紧随其后进行了相关产品的研发。Pilkington公司曾于2003年发表相关文章，介绍了他们在工作中采用APVCD方法制备的二氧化钛自清洁玻璃。根据其文章，他们使用此方法制备了大面积的自清洁玻璃，并且测试了该产品的亲水性、光催化性能以及光学性能。研究结果表明使用该方法制备的自清洁玻璃中，锐钛矿相的二氧化钛含量低，使得光催化性能和亲水性能相当有限，且可见光的透射率大大降低，相比于溶胶凝胶法小的多。
同样，美国PPG公司和英国ATOFINA公司也采用了类似的方法，但制作成本和性能也不尽如人意。欧洲方面，德国也致力于开发纳米SiO2与有机硅聚合物自组装高硬度强润湿性镀膜，并深入研究了薄膜表面形貌和超亲水性等性能。
与此同时，国内在相关方面的研究也早已经开始，最早于1995年就已经有人从事相关的研究。余家国、赵修建等人采用了溶胶凝胶法制备自清洁的二氧化钛薄膜，并对有关自清洁玻璃的制备、表征、改性等进行了细致深入研究，并于1999年发表论文。他们主要研究了纯TiO2以及掺杂SiO2的纳米TiO2自清洁膜的光催化性能和超亲水性能。唐怀军等人则使用了不同的方法进行改性研究。他们在采用了掺杂Fe3+的方法使二氧化钛的吸收波长红移30nm，因此提高了光催化活性卢萍等人的掺杂Mo6+的方法也取得了一定的效果。还有许多研究人员采用了不同的改性方法对二氧化钛自清洁薄膜进行改性研究，均取得了一定的效果。
在生产方面，我国也有多家公司开始生产系列产品，例如：中国科学院的中科纳米科技有限公司、格兰特工程玻璃有限公司、秦皇岛耀华玻璃股份公司、湖北三峡新材料公司和秦皇岛易鹏玻璃工程公司等。值得关注的是，这些公司中大多数均采取了溶胶凝胶法来制备。近年来在政府日益关注环境保护的情况下，纳米光催化项目已经成为重点研究项目之一。采取合理的改性方法来制备性能优异的自清洁薄膜也自然成为热点之一。
目录
1.研究背景及问题的提出 1
2.基本原理 3
2.1.TiO2光催化的基本原理 4
2.2.TiO2光致超亲水性的基本原理 5
2.3影响TiO2自清洁薄膜亲水性的因素 6
2.3.1厚度 6
2.3.2表面形貌 6
2.3.3晶体结构 7
2.3.4掺杂改性 7
2.4 溶胶凝胶法制备TiO2薄膜 7
2.4.1溶胶凝胶法 7
2.4.2溶胶凝胶法的优缺点 8
3.实验部分 9
3.1实验药品 9
3.2试验设备 9
3.3薄膜的制备 10
3.3.1 溶胶的制备 10
3.3.2 玻璃片的清洁 11
3.3.3 镀膜 11
3.3.4 热处理 11
3.4亲水性能表征实验 11
3.4.1 SiO2掺杂量对薄膜亲水性能的影响 14
3.4.2处理温度对薄膜亲水性能的影响 14
3.5 XRD薄膜结构分析 14
3.6 SEM分析实验 15
4.小结 17
参考文献 18
致谢 20
1.研究背景及问题的提出
进入21世纪以来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
，玻璃由于其良好的光学性能已经成为了建筑材料的主要材料之一，不少标志性建筑已经采用全玻璃幕墙结构。随之而来的清洁问题日益成为关注和研究的焦点。众所周知，大面积的玻璃幕墙清洁一直存在以下几个方面的问题：1、建筑外部的高空作业存在极大的风险，施工人员安全难以保障；2、大面积的清理必须使用大量的清洁剂，不仅消耗大量的资金，同时清洁剂的使用也对环境造成了一定的污染；3、清洁消耗了大量的水资源。因此，迫切需要一种节约、环保、高效的清洁方法。在这一背景下，基于半导体光催化技术的光致超亲水自清洁薄膜脱颖而出，成为研究的热点。薄膜以TiO2半导体为基础，通过其光致超亲水性的特性，使液体（如雨水等）在玻璃表面铺展开来，利用重力将玻璃表面的灰尘等带走。同时由于其光催化的特性，薄膜更是具有降解有机污染物的作用，有利于环境保护。但这一薄膜材料依旧存在一些问题，因此对这一材料的改性研究也成为了热点之一。
1.1发展历史及现状
现在日本、美国、加拿大和法国等许多国家已经投入了大量资金研究光催化功能材料及其相应的技术，与光催化材料相关的报到和产品日益增多。其中日本不仅是最早发现TiO2光催化特性的国家，其后，对其光催化机理和具体应用都有着相当深入的研究。自半导体光催化的特性发现以来，就一直致力于研究其中光催化的具体机理。尤其是上个世纪七八十年代，通过大量研究，对半导体光催化的机理有了一个清晰的认识。随后，自1992年起对半导体光催化技术的研究从理论研究转向了具体应用研究。到目前为止，以光催化技术为基础的具体产品种类也日益丰富，其中包括：空气净化器、抗菌卫生器具、防雾自清洁玻璃等。而光催化自清洁玻璃就是其具体应用中的一种。
日本作为最早研究光催化相关产品的国家，其光催化建材产品一直走在世界前沿。不少知名企业已经生产出相当成熟的产品。东陶（TOTO）公司的自清洁玻璃和陶瓷已经相当成熟，用户可根据需求自行选择。Toyota公司和Nissan公司也有类似的产品已经投产。这些产品均是以TiO2为基础，具有性能优异的自清洁、防雾以及防污抗菌功能。这些产品不止应用于建材，在汽车等产业中也有着相当成熟的应用。
除日本外，美国、英国也紧随其后进行了相关产品的研发。Pilkington公司曾于2003年发表相关文章，介绍了他们在工作中采用APVCD方法制备的二氧化钛自清洁玻璃。根据其文章，他们使用此方法制备了大面积的自清洁玻璃，并且测试了该产品的亲水性、光催化性能以及光学性能。研究结果表明使用该方法制备的自清洁玻璃中，锐钛矿相的二氧化钛含量低，使得光催化性能和亲水性能相当有限，且可见光的透射率大大降低，相比于溶胶凝胶法小的多。
同样，美国PPG公司和英国ATOFINA公司也采用了类似的方法，但制作成本和性能也不尽如人意。欧洲方面，德国也致力于开发纳米SiO2与有机硅聚合物自组装高硬度强润湿性镀膜，并深入研究了薄膜表面形貌和超亲水性等性能。
与此同时，国内在相关方面的研究也早已经开始，最早于1995年就已经有人从事相关的研究。余家国、赵修建等人采用了溶胶凝胶法制备自清洁的二氧化钛薄膜，并对有关自清洁玻璃的制备、表征、改性等进行了细致深入研究，并于1999年发表论文。他们主要研究了纯TiO2以及掺杂SiO2的纳米TiO2自清洁膜的光催化性能和超亲水性能。唐怀军等人则使用了不同的方法进行改性研究。他们在采用了掺杂Fe3+的方法使二氧化钛的吸收波长红移30nm，因此提高了光催化活性卢萍等人的掺杂Mo6+的方法也取得了一定的效果。还有许多研究人员采用了不同的改性方法对二氧化钛自清洁薄膜进行改性研究，均取得了一定的效果。
在生产方面，我国也有多家公司开始生产系列产品，例如：中国科学院的中科纳米科技有限公司、格兰特工程玻璃有限公司、秦皇岛耀华玻璃股份公司、湖北三峡新材料公司和秦皇岛易鹏玻璃工程公司等。值得关注的是，这些公司中大多数均采取了溶胶凝胶法来制备。近年来在政府日益关注环境保护的情况下，纳米光催化项目已经成为重点研究项目之一。采取合理的改性方法来制备性能优异的自清洁薄膜也自然成为热点之一。
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