CN101182034A - 亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法 - Google Patents
亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101182034A CN101182034A CNA2007101705086A CN200710170508A CN101182034A CN 101182034 A CN101182034 A CN 101182034A CN A2007101705086 A CNA2007101705086 A CN A2007101705086A CN 200710170508 A CN200710170508 A CN 200710170508A CN 101182034 A CN101182034 A CN 101182034A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- titanium dioxide
- dioxide nano
- hydrophilic titanium
- hydrophilic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
一种亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，特点是二氧化钛纳米薄膜制备过程中添加氨水，包括下列步骤：①原料配比；②配料：选定原料配比，称取一定量的上述物质并制成溶胶；③涂膜：将所述的溶胶涂布在硬质物体表面；④热处理：在600℃～1000℃进行烧结，烧结时间为0.5～3小时，即制得亲水二氧化钛纳米薄膜。本发明改变了纳米半导体的结构、表面形貌和表面缺陷程度，从而可提高其禁带宽度内的可见光吸收，试验表明明显地提高了二氧化钛纳米薄膜的亲水性。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化钛(化学式为TiO2)薄膜，特别是一种在可见光作用下亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法。
背景技术
二氧化钛薄膜表面具有光催化降解有机污物和亲水性两种功能，在紫外线照射下可以维持TiO2薄膜的亲水性能，因此在窗户、镜子等玻璃表面镀上TiO2薄膜就可起到透明、防雾和自清洁的效果。
但TiO2薄膜需要紫外线照射时才具有光催化活性和亲水性，表现为亲水角很快变大并铺展开而起到透明和自清洁作用。而可见光中含有微量的紫外线，在可见光照射下薄膜的亲水性能效果不能令人满意，这给实际应用带来困难。为此人们对TiO2薄膜进行掺杂处理以提高在可见光下的的超亲水效果。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是改进上述现有技术存在的上述缺陷，公开一种亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，并要求制备方法简单，成本低。
本发明的技术解决方案如下：
一种亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，其特点是在二氧化钛纳米薄膜制备过程中添加氨水，包括下列步骤：
①原料配比：原料的组分和体积百分比如下：
钛酸脂 10～20％
无水乙醇 80～90％
氨水 1～5％
盐酸 0.25～0.3％
②配料：选定原料配比，称取一定量的上述物质并制成溶胶；
③涂膜：将所述的溶胶涂布在硬质物体表面；
④热处理：在600℃～1000℃进行烧结，烧结时间为0.5～3小时，即制得亲水二氧化钛纳米薄膜。
所述的硬质物体的表面为玻璃表面或釉面砖表面。
在步骤③和步骤④之间增加烘干步骤，在热处理烧结前在200～350℃进行烘干。
本发明亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，可按以上步骤：涂膜、烘干和热处理重复操作，制得不同层数及厚度的薄膜。
本发明的技术效果：
本发明二氧化钛纳米薄膜制备过程中添加氨水，改变了纳米半导体的结构、表面形貌和表面缺陷程度，从而可提高其禁带宽度内的可见光吸收，试验表明明显地提高了二氧化钛纳米薄膜的亲水性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
取100ml钛酸四丁酯，加入900ml无水乙醇磁力搅拌30分钟，加入1ml氨水和0.3ml盐酸后磁力搅拌搅拌2小时，稳定一段时间后即可获得均匀透明的溶胶；
用浸涂法将溶胶涂玻璃表面，将清洁的玻璃垂直放入溶胶中，然后匀速垂直提拉上来，常温下干燥成凝胶膜；
薄膜在250℃烘干，然后放入电阻炉内以2℃/min的加热速度加热到600℃并保温1小时，然后随炉冷却到室温，就可在玻璃表面得到相应的薄膜。
按以上步骤：涂膜、烘干和600℃加热保温，重复操作得到2层薄膜。
所获得的TiO2薄膜超亲水性在暗中可维持较长时间。
亲水性实验采用由水滴直径测量计算接触角的方法进行。利用微量进样器在薄膜表面上滴1μL的水滴，在读数显微镜下测量水滴的直径。假使水滴在表面呈球冠形，通过球冠体积公式可以算出水滴与薄膜表面的接触角。
试验证明，所制备的不同氮掺杂量的TiO2薄膜具有十分良好的亲水性能，滴在薄膜表面的水滴迅速铺展开，接触角很快降低为0度。将这些薄膜放置在黑暗的房间里，定期测量其接触角的变化，以测定其在无光照条件下的亲水性维持情况。
在黑暗无任何光照的环境中，不同氮掺杂量的TiO2薄膜亲水性的维持情况。在最初的10天里，所有的薄膜样品的接触角增长都比较缓慢，仅仅从0度增加到7度左右，在这个阶段，TiO2-N3样品的接触角增长比较快。此后，TiO2-N1样品的接触角迅速增加，而其他样品的接触角的增长速度比较平缓。当放置时间达到23天的时候，TiO2-N1样品的接触角已经增加到42.3°，失去了亲水性；其他样品的接触角仍保持在20°以下，其中TiO2-N5样品的接触角最小，为14.9°。
太阳光照条件下TiO2薄膜亲水性的恢复情况
以下试验的目的是为了研究TiO2薄膜在太阳光照射条件下亲水性的恢复情况。经过太阳光照射以后，薄膜表面的亲水性得以恢复。TiO2-N5的亲水性恢复速度最快，在太阳光照射1小时以后，其接触角已下降至20°，并随光照时间的延长逐渐降低到10°以下，亲水性得以恢复。TiO2-N3的亲水性恢复最慢，光照时间长达5小时，其接触角仍保持在22°，而此时TiO2-N1、TiO2-N4、TiO2-N5样品的接触角均已降低至10°以下，恢复至高度亲水的状态。
许多研究者对TiO2薄膜光致亲水性能的机理进行了广泛的研究，认为水分子在表面光生缺陷位的优先吸附使其表面呈现高度亲水的状态。
不同氮掺杂量TiO2薄膜亲水性优劣的差异可能是由于晶相组成、表面形貌、表面羟基含量以及比表面积的不同而造成的。对于相同方法制备的TiO2薄膜，相结构能够影响薄膜的亲水性。具有锐钛矿结构的薄膜，其亲水性要好于具有金红石相结构的薄膜，这是由于锐钛矿结构中形成的光生电子和空穴的寿命比较长，能够形成更多的氧空位。而且，锐钛矿薄膜的表面羟基含量更高，能够有效的降低水接触角。由XRD分析结果可知，TiO2-N5样品的锐钛矿含量最高，因此，在太阳光照射条件下，TiO2-N5样品能够较快的恢复亲水性。此外，TiO2薄膜表面的亲水性还与其表面几何形貌有关，表面粗糙度的增加有利于提高亲水性能。TiO2-N5薄膜表面具有的尖锐峰状突起，增加了表面粗糙度，使水分子更容易占据表面的氧空位，从而增加了表面化学吸附羟基的含量，使表面更具极性，表现出良好的光致超亲水性。
制备方法不同，得到的TiO2薄膜的晶相结构也不相同，这种结构上的差异可能与制备工艺有关。经过不同氮掺杂以后的TiO2薄膜具有相似的晶粒微观结构和平整的表面状态，并且都由粒径均约20～25纳米的球形颗粒组成。随着氮掺杂量的增加，粒径稍有增大。从试样TiO2-N5的放大图象中，我们能够看到薄膜中具有纳米晶的纳米微孔结构，这种结构的出现有助于提高其亲水性能。原子力显微镜显示顶部具有尖锐突起的颗粒，这也是其表面粗糙度较大的原因。当光照射到该表面时，独特的尖峰结构使光不容易发生漫反射，提高了对可见光的吸收率。同时，这种表面结构具有极大的比表面积，有利于减小表面和水之间的表面张力，从而降低水的接触角，因而表现出良好的亲水性能。
Claims (4)
1.一种亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，其特征在于二氧化钛纳米薄膜制备过程中添加氨水，包括下列步骤：
①原料配比：原料的组分和体积百分比如下：
钛酸脂 10～20％
无水乙醇 80～90％
氨水 1～5％
盐酸 0.25～0.3％
②配料：选定原料配比，称取一定量的上述物质并制成溶胶；
③涂膜：将所述的溶胶涂布在硬质物体表面；
④热处理：在600℃～1000℃进行烧结，烧结时间为0.5～3小时，即制得亲水二氧化钛纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，其特征在于所述的硬质物体的表面为玻璃表面或釉面砖表面。
3.根据权利要求1所述的亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，其特征是在步骤③和步骤④之间增加烘干步骤，在热处理烧结前在200～350℃进行烘干。
4.根据权利要求1或3所述的亲水二氧化钛纳米薄膜制备方法，其特征是按以上步骤：涂膜、烘干和热处理重复操作，制得不同层数及厚度的薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007101705086A CN101182034A (zh) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | 亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007101705086A CN101182034A (zh) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | 亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101182034A true CN101182034A (zh) | 2008-05-21 |
Family
ID=39447479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007101705086A Pending CN101182034A (zh) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | 亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101182034A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104446667A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-03-25 | 四川省达州质量技术监督检验测试中心 | 一种生产表面自清洁瓷砖的方法及装置 |
| CN113493220A (zh) * | 2020-04-02 | 2021-10-12 | 杨洋 | 中空金属氧化物微球及其制备方法和药物缓释用途 |
-
2007
- 2007-11-16 CN CNA2007101705086A patent/CN101182034A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104446667A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-03-25 | 四川省达州质量技术监督检验测试中心 | 一种生产表面自清洁瓷砖的方法及装置 |
| CN104446667B (zh) * | 2014-10-30 | 2017-01-25 | 四川省达州质量技术监督检验测试中心 | 一种生产表面自清洁瓷砖的方法及装置 |
| CN113493220A (zh) * | 2020-04-02 | 2021-10-12 | 杨洋 | 中空金属氧化物微球及其制备方法和药物缓释用途 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kemmitt et al. | Photocatalytic titania coatings | |
| CN103771721B (zh) | 超亲水透明二氧化硅/二氧化钛防雾薄膜的制备方法 | |
| Zhang et al. | Room-temperature fabrication of TiO2-PHEA nanocomposite coating with high transmittance and durable superhydrophilicity | |
| CN103524053B (zh) | 一种透明超疏水涂层的制备方法 | |
| CN105731821B (zh) | 在玻璃基板上构造超亲水及增透防湿的复合薄膜的方法 | |
| CN110590180B (zh) | 一种适用于大面积生产低成本环境友好型的氧化钨电致变色薄膜制备方法 | |
| CN105565678A (zh) | 一种减反增透的超疏水自清洁SiO2纳米涂层 | |
| CN103787586A (zh) | 一种自清洁亲水复合材料及其制备方法 | |
| US9063280B2 (en) | Method for producing coatings having anti-reflection properties | |
| Irie et al. | Interfacial structure dependence of layered TiO2/WO3 thin films on the photoinduced hydrophilic property | |
| JP5118067B2 (ja) | 光触媒薄膜、光触媒薄膜の形成方法及び光触媒薄膜被覆製品 | |
| Liu et al. | Effect of V doping on the band-gap reduction of porous TiO2 films prepared by sol–gel route | |
| Mane et al. | Room temperature synthesis of compact TiO2 thin films for 3-D solar cells by chemical arrested route | |
| Chen et al. | Sol–gel preparation of thick titania coatings aided by organic binder materials | |
| ATE365700T1 (de) | Verfahren zur herstellung von lösungen zur verwendung als beschichtung in photokatalytischen und transparenten filmen | |
| CN101182034A (zh) | 亲水二氧化钛纳米薄膜的制备方法 | |
| CN102503163A (zh) | 一种在可见光下具有超亲水特性二氧化钛膜的制备方法 | |
| Jiang et al. | Effect of annealing temperature on wettability of TiO2/PDA thin films | |
| US20200140325A1 (en) | SUPERHYDROPHILIC AND ANTIFOGGING NON-POROUS TiO2 FILMS FOR GLASS AND METHODS OF PROVIDING THE SAME | |
| Wang et al. | The preparation of superhydrophilic surface of TiO 2 coating without ultraviolet irradiation through annealing treatment | |
| Vishwas et al. | Sol–gel synthesis, characterization and optical properties of TiO 2 thin films deposited on ito/glass substrates | |
| Shukla et al. | Structural properties and wettability of TiO2 nanorods | |
| JP4482679B2 (ja) | 任意の表面特性及び表面形状を有する基体表面へのシリカ薄膜の製造方法及び複合構造体 | |
| JP4117371B2 (ja) | シリカ−チタニア複合膜とその製造方法及び複合構造体 | |
| Cai et al. | Preparation and characterization of SiO2–TiO2 superhydrophilic coatings with photocatalytic activity induced by low temperature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080521 |