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基本信息

項(xiàng)目名稱：
聚多巴胺薄膜為模板制備二氧化鈦納米薄膜及其潤(rùn)濕性的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品以聚多巴胺薄膜，通過(guò)溶膠凝膠法制備TiO2薄膜，通過(guò)測(cè)試不同條件下水珠在TiO2薄膜表面的接觸角，來(lái)研究其潤(rùn)濕性機(jī)理。
詳細(xì)介紹：
通過(guò)溶膠凝膠的方法，我們?cè)诓ＡЩ咨现苽淞硕趸伇∧ぃ朔椒ㄐ路f簡(jiǎn)單。薄膜在紫外光照射和黑暗的空氣中交替的放置，薄膜在疏水和親水狀態(tài)的可逆性轉(zhuǎn)變良好，薄膜潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變主要是因?yàn)榭諝庵械难鹾退莸淖饔谩?/dd>

作品圖片

  • 聚多巴胺薄膜為模板制備二氧化鈦納米薄膜及其潤(rùn)濕性的研究

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的： TiO2薄膜在光照下，其表面潤(rùn)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(xué)氣相沉積法、離子濺射法等，但是這些制膜方法復(fù)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(shù)簡(jiǎn)單，用小型的儀器設(shè)備就能完成的實(shí)驗(yàn)方法。 基本思路： 以聚多巴胺薄膜為模板，通過(guò)溶膠凝法制備TiO2薄膜

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

我們的靈感來(lái)源于一種叫多巴胺的化合物，它可以自動(dòng)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(guò)多巴胺的濃度和其自聚合的時(shí)間控制。聚多巴胺薄膜表面結(jié)構(gòu)平整。基于以上優(yōu)點(diǎn)，聚多巴胺薄膜是一個(gè)十分好的模板材料。 本作品以聚多巴胺薄膜，通過(guò)溶膠凝膠法制備TiO2薄膜。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

因?yàn)門iO2薄膜有親水性，假如我們?cè)谄噦?cè)視鏡、眼鏡鏡片等物品上表面鍍一層TiO2薄膜，當(dāng)有小水滴落在上面時(shí)，小水滴就會(huì)迅速擴(kuò)散成均勻的水膜，從而不會(huì)對(duì)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(zhǎng)期保持清潔狀態(tài)。將TiO2薄膜運(yùn)用在建筑材料上，利用太陽(yáng)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(xué)術(shù)論文摘要

在預(yù)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(lái)分析其物相組成和形貌特征。在不同實(shí)驗(yàn)條件下，用水接觸角的測(cè)量值來(lái)研究TiO2薄膜潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)化的機(jī)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(méi)有紫外光照射的條件下，空氣中的氧氣對(duì)薄膜從親水狀態(tài)恢復(fù)到疏水狀態(tài)起著決定性的作用。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

潤(rùn)濕性是材料表面的重要特征之一，隨著半導(dǎo)體薄膜材料在基礎(chǔ)研究和工業(yè)運(yùn)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(jī)理，因此人工制備和控制薄膜表面潤(rùn)濕性已成為研究的熱點(diǎn)。1997年,東京大學(xué)的Fujishima 研究組 發(fā)現(xiàn)了紫外光誘導(dǎo)下TiO2薄膜超親水性的現(xiàn)象以來(lái)，人們相繼發(fā)現(xiàn)WO3，ZnO2 ，SnO2等半導(dǎo)體薄膜在一些誘導(dǎo)因素下也能實(shí)現(xiàn)親水/疏水轉(zhuǎn)換，這些誘導(dǎo)因素有紫外光，PH，電場(chǎng)，X射線，溫度等。 TiO2薄膜表面潤(rùn)濕性變化的機(jī)理如下，當(dāng)紫外光照射TiO2薄膜時(shí)，就會(huì)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(yīng)形成表面氧空穴，光生電子和晶格鈦離子反應(yīng)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(huì)進(jìn)入氧空穴中，從而在薄膜的最上面吸附游離水（羥基），這個(gè)過(guò)程使TiO2薄膜表面吸附更多的水分子，這種作用會(huì)使薄膜由原來(lái)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(huì)使薄膜表面變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)狀態(tài)，當(dāng)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(huì)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(guó)內(nèi)外都認(rèn)同這種機(jī)理，而且在我們的實(shí)驗(yàn)中也驗(yàn)證了這種機(jī)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(jī)理是不一樣的。當(dāng)水滴落在疏水物質(zhì)的表面時(shí)，水珠的接觸角會(huì)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(shí)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(shí)把灰塵之類的臟東西帶走 來(lái)保持自身干凈。當(dāng)污染物落在親水物質(zhì)如TiO2薄膜表面時(shí)，在太陽(yáng)光下的照射下污染物會(huì)被光降解成水和二氧化碳，同時(shí)水珠會(huì)在親水表面迅速擴(kuò)散成一層水膜，從而來(lái)達(dá)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(wú)毒、價(jià)格低廉、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，所以它被廣泛運(yùn)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(xué)氣相沉積法、離子濺射法等，但是這些制膜方法復(fù)雜，而且需要昂貴大型的儀器，而溶膠-凝膠法有工藝簡(jiǎn)單、成本較低、低溫合成等優(yōu)點(diǎn)，所以是目前研究最多的制膜方法。
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