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撰寫目的和基本思路
- 目的： TiO2薄膜在光照下，其表面潤濕性可以發(fā)生變化。目前制備TiO2薄膜的主要方法有陰極電沉積法、化學氣相沉積法、離子濺射法等，但是這些制膜方法復雜，而且需要昂貴大型的儀器，所以我們要找出一種成膜技術簡單，用小型的儀器設備就能完成的實驗方法。 基本思路： 以聚多巴胺薄膜為模板，通過溶膠凝法制備TiO2薄膜
科學性、先進性及獨特之處
- 我們的靈感來源于一種叫多巴胺的化合物，它可以自動氧化聚合形成聚多巴胺薄膜。聚多巴胺薄膜有良好的粘附性，幾乎可以吸附在所有物質(zhì)的表面，而且聚多巴胺薄膜在基底上的厚度可以通過多巴胺的濃度和其自聚合的時間控制。聚多巴胺薄膜表面結(jié)構(gòu)平整。基于以上優(yōu)點，聚多巴胺薄膜是一個十分好的模板材料。 本作品以聚多巴胺薄膜，通過溶膠凝膠法制備TiO2薄膜。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 因為TiO2薄膜有親水性，假如我們在汽車側(cè)視鏡、眼鏡鏡片等物品上表面鍍一層TiO2薄膜，當有小水滴落在上面時，小水滴就會迅速擴散成均勻的水膜，從而不會對我們的視線造成影響。 TiO2薄膜有光催化活性，加上其親水性的特性，可以使薄膜表面長期保持清潔狀態(tài)。將TiO2薄膜運用在建筑材料上，利用太陽光做為光源，可以使建筑材料表面有凈化空氣、殺菌等功能。
學術論文摘要
- 在預先用聚多巴胺薄膜處理的玻璃基底上，用溶膠凝膠法制備TiO2薄膜。制備出的薄膜用X射線衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）表征手段來分析其物相組成和形貌特征。在不同實驗條件下，用水接觸角的測量值來研究TiO2薄膜潤濕性轉(zhuǎn)化的機理，結(jié)果表明：在紫外光的照射下，空氣中的水是薄膜從疏水表面轉(zhuǎn)化為親水表面最重要的影響因素；在沒有紫外光照射的條件下，空氣中的氧氣對薄膜從親水狀態(tài)恢復到疏水狀態(tài)起著決定性的作用。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]Elias Stathatos, Panagiotis Lianos, Christos Tsakiroglou, Langmuir. 20 (2004) 9103-9107. [2]Gunar Kaune, Mine Memesa, Robert Meier, Matthias A. Ruderer, Alexander Diethert,Stephan V. Roth, Maria D’Acunzi, Jochen S. Gutmann, Peter Mu¨ller-Buschbaum, Applied Materials Interfaces. 1 (2009) 2862–2869. [3]E. Sotter, X. Vilanova, E. Llobet, A. Vasiliev, X. Correig, Sensors and Actuators B. 127 (2007) 567–579. [4]Masahiro Miyauchi, Akira Nakajima, Toshiya Watanabe, Kazuhito Hashimoto, Chem. Mater. 14 (2002) 2812-2816. [5]Misook Kang, Jong Ho Lee, Sang-Hyeun Lee, Chan-Hwa Chung, Ki June Yoon, Kenji Ogino, Seizo Miyata, Suk-Jin Choung, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 193 (2003) 273–283. [6]L.Sirghi, T. Aoki, Y. Hatanaka, Thin Solid Films 422 (2002) 55–61.
同類課題研究水平概述
- 潤濕性是材料表面的重要特征之一，隨著半導體薄膜材料在基礎研究和工業(yè)運用上的不斷發(fā)展，人們迫切的需要深入了解控制液體在薄膜表面親水/疏水變化的機理，因此人工制備和控制薄膜表面潤濕性已成為研究的熱點。1997年,東京大學的Fujishima 研究組 發(fā)現(xiàn)了紫外光誘導下TiO2薄膜超親水性的現(xiàn)象以來，人們相繼發(fā)現(xiàn)WO3，ZnO2 ，SnO2等半導體薄膜在一些誘導因素下也能實現(xiàn)親水/疏水轉(zhuǎn)換，這些誘導因素有紫外光，PH，電場，X射線，溫度等。 TiO2薄膜表面潤濕性變化的機理如下，當紫外光照射TiO2薄膜時，就會產(chǎn)生光生電子（e-）和光生空穴（h+）。光生空穴與二氧化鈦中的晶格氧離子反應形成表面氧空穴，光生電子和晶格鈦離子反應生成Ti3+，從而使二氧化鈦中晶格氧離子和晶格鈦離子發(fā)生解離。水分子將會進入氧空穴中，從而在薄膜的最上面吸附游離水（羥基），這個過程使TiO2薄膜表面吸附更多的水分子，這種作用會使薄膜由原來的疏水狀態(tài)變?yōu)橛H水狀態(tài)。但是薄膜表面吸附了羥基就會使薄膜表面變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)狀態(tài)，當被照射的薄膜放在黑暗的空氣中，薄膜表面吸附的羥基就會慢慢被空氣中的氧所取代，所以薄膜表面從親水狀態(tài)變?yōu)槭杷疇顟B(tài)。國內(nèi)外都認同這種機理，而且在我們的實驗中也驗證了這種機理。 自清潔現(xiàn)象可以發(fā)生在疏水和親水物質(zhì)的表面，但是它們自清潔的機理是不一樣的。當水滴落在疏水物質(zhì)的表面時，水珠的接觸角會很大，那么水珠幾乎可以在疏水物質(zhì)的表面形成球狀。水珠從疏水表面滾落時就很容易將灰塵之類的臟東西帶走。自然界許多植物就是利用水珠從其表面滾落時把灰塵之類的臟東西帶走 來保持自身干凈。當污染物落在親水物質(zhì)如TiO2薄膜表面時，在太陽光下的照射下污染物會被光降解成水和二氧化碳，同時水珠會在親水表面迅速擴散成一層水膜，從而來達到保持自身表面清潔的效果。TiO2薄膜除了有高效的光催化效果和光致親水的性質(zhì)外，還有無毒、價格低廉、化學性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點，所以它被廣泛運用在建筑材料、汽車側(cè)視鏡、眼鏡鏡片等材料和產(chǎn)品上。 目前制備TiO2 薄膜的主要方法有陰極電沉積法、化學氣相沉積法、離子濺射法等，但是這些制膜方法復雜，而且需要昂貴大型的儀器，而溶膠-凝膠法有工藝簡單、成本較低、低溫合成等優(yōu)點，所以是目前研究最多的制膜方法。
