纳米结构TiO2薄膜的制备及其超亲水自清洁特性研究

论文摘要

本论文首先综述了自清洁功能表面的研究现状,评述了自清洁功能表面的研究意义、自清洁功能表面的两种极端润湿状态即超疏水和超亲水的理论依据以及自清洁功能表面的一般制备方法;接着分析了前人关于TiO2超亲水自清洁功能表面的研究进展和存在的问题;在此基础上,着重以“纳米结构TiO2薄膜的制备及其超亲水自清洁特性研究”为题,总结了笔者在攻读硕士期间所做的主要的研究工作和研究结果:（1）利用溶胶-凝胶法在玻璃基底上旋涂SiO2和掺有聚乙二醇（PEG）的TiO2-PEG 2000溶胶,再通过退火处理制备了TiO2/SiO2双层多孔薄膜。利用SEM,AFM,紫外可见分光光度计,椭圆偏振仪和接触角测试仪对样品的形貌、透过率、接触角以及防雾特性进行了研究。结果表明:先后旋涂SiO2、TiO2-PEG 2000溶胶后,经退火处理可以得到多孔TiO2/SiO2双层薄膜。当PEG 2000的含量为0.5 wt%时,多孔双层膜的表面出现有序的孔结构,孔径分布均匀,平均粗糙度达到最大值;这种多孔TiO2/SiO2膜毋需紫外光照射,其表面与水滴的接触角在0.16s的时间内即可降低到5°以下,且表现出良好的防雾特性;更为重要的是,该双层膜的透过率高达92.5%,在可见光下超亲水特性和自清洁效应具有很好的稳定性。（2）利用溶胶-凝胶法,直接在玻璃基底上旋涂TiO2溶胶,经不同温度退火处理,制备了TiO2纳米颗粒膜。分别利用FE-SEM、XRD技术和接触角测试仪分别对其形貌特征、晶相结构和润湿特性做了研究。结果表明:未经退火的TiO2膜结构为无定形,其锐钛矿相转变温度为450℃,且随着温度从450℃升高到550℃,晶粒尺寸从9nm增大到25nm。同时,膜的孔隙率从42%降低到27%。样品的形貌结构随退火温度从400℃起,由平坦逐渐变为纳米颗粒膜,且与水滴的接触角在可见光下0.375s内减小到0°,表现出良好的超亲水特性。将其放置在实验室环境中一个月后,其接触角略有增加,但仍然保持良好的超亲水特性。这说明,我们用简便方法制备的这种TiO2纳米颗粒膜可在可见光下具有很好的超亲水稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 序言
• 1.1 自清洁功能表面简介
• 1.1.1 超疏水自清洁效应
• 1.1.2 超亲水自清洁效应
• 1.2 固体表面的润湿特性研究
• 1.2.1 接触角的定义
• 1.2.2 接触角静态模型
• 1.2.3 接触角动态模型
• 1.2.4 接触角的滞后现象
• 1.3 具有特殊润湿特性表面的制备方法
• 1.3.1 超疏表面的制备方法
• 1.3.2 超亲表面的制备方法
• 2 表面结构的润湿特性研究现状'>1.4 纳米Ti0₂表面结构的润湿特性研究现状
• 1.5 本课题的选题思路和主要研究工作
• 参考文献
• 2/Si0₂双层薄膜的制备及其超亲水特性研究'>第二章 多孔Ti0₂/Si0₂双层薄膜的制备及其超亲水特性研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要化学试剂和实验仪器
• 2.1.2 实验过程
• 2.2 结果与讨论
• 2/ Si0₂ 双层膜的形貌结构'>2.2.1 多孔Ti0₂/ Si0₂双层膜的形貌结构
• 2/ Si0₂ 双层膜的透过率'>2.2.2 多孔Ti0₂/ Si0₂双层膜的透过率
• 2/ Si0₂ 双层膜的透过率的理论模拟'>2.2.3 多孔Ti0₂/ Si0₂双层膜的透过率的理论模拟
• 2/ Si0₂ 双层膜的接触角变化规律'>2.2.4 多孔Ti0₂/ Si0₂双层膜的接触角变化规律
• 2/ Si0₂ 双层膜的防雾特性'>2.2.5 多孔Ti0₂/ Si0₂双层膜的防雾特性
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 2纳米颗粒膜的制备及其超亲水特性研究'>第三章Ti0₂纳米颗粒膜的制备及其超亲水特性研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要化学试剂和实验仪器
• 3.1.2 实验过程
• 3.2 结果与讨论
• 2 纳米颗粒膜的形貌结构'>3.2.1 Ti0₂纳米颗粒膜的形貌结构
• 2 纳米颗粒膜的晶相结构分析'>3.2.2 Ti0₂纳米颗粒膜的晶相结构分析
• 2 纳米颗粒膜的接触角变化规律'>3.2.3 Ti0₂纳米颗粒膜的接触角变化规律
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 总结和展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 附录：研究生期间发表和提交的研究论文、专利目录
• 致谢