纳米结构TiO_2薄膜的制备及其超亲水自清洁特性研究

【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TiO_2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TiO_2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SiO_2和掺有聚乙二醇(PEG)的TiO_2-PEG 2000溶胶,再通过退火处理制备了TiO_2/SiO_2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SiO_2、TiO_2-PEG 2000溶胶后,经退火处理可以得到多孔TiO_2/SiO_2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TiO_2/SiO_2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TiO_2溶胶,经不同温度退火处理,制备了TiO_2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TiO_2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TiO_2纳米颗粒膜可在可见光下具有很好的超亲水稳定性。 【关键词】：TiO_2/SiO_2双层多孔薄膜 TiO_2纳米颗粒膜 超亲水 防雾 自清洁
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 序言8-27
• 1.1 自清洁功能表面简介8-12
• 1.1.1 超疏水自清洁效应8-10
• 1.1.2 超亲水自清洁效应10-12
• 1.2 固体表面的润湿特性研究12-16
• 1.2.1 接触角的定义12
• 1.2.2 接触角静态模型12-14
• 1.2.3 接触角动态模型14-15
• 1.2.4 接触角的滞后现象15-16
• 1.3 具有特殊润湿特性表面的制备方法16-21
• 1.3.1 超疏表面的制备方法16-20
• 1.3.2 超亲表面的制备方法20-21
• 1.4 纳米Ti0_2 表面结构的润湿特性研究现状21-22
• 1.5 本课题的选题思路和主要研究工作22-24
• 参考文献24-27
• 第二章 多孔Ti0_2/Si0_2双层薄膜的制备及其超亲水特性研究27-37
• 2.1 实验部分27-29
• 2.1.1 主要化学试剂和实验仪器27-28
• 2.1.2 实验过程28-29
• 2.2 结果与讨论29-34
• 2.2.1 多孔Ti0_2/ Si0_2 双层膜的形貌结构29-31
• 2.2.2 多孔Ti0_2/ Si0_2 双层膜的透过率31
• 2.2.3 多孔Ti0_2/ Si0_2 双层膜的透过率的理论模拟31-32
• 2.2.4 多孔Ti0_2/ Si0_2 双层膜的接触角变化规律32-34
• 2.2.5 多孔Ti0_2/ Si0_2 双层膜的防雾特性34
• 2.3 本章小结34-36
• 参考文献36-37
• 第三章Ti0_2纳米颗粒膜的制备及其超亲水特性研究37-47
• 3.1 实验部分37-39
• 3.1.1 主要化学试剂和实验仪器37-38
• 3.1.2 实验过程38-39
• 3.2 结果与讨论39-44
• 3.2.1 Ti0_2 纳米颗粒膜的形貌结构39-41
• 3.2.2 Ti0_2 纳米颗粒膜的晶相结构分析41-42
• 3.2.3 Ti0_2 纳米颗粒膜的接触角变化规律42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 参考文献45-47
• 第四章 总结和展望47-49
• 4.1 总结47
• 4.2 展望47-49
• 附录：研究生期间发表和提交的研究论文、专利目录49-50
• 致谢50

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