作者：叶 超 刘 煜 钱 骅
来源：《科学与财富》2010年第02期
[摘 要] 防水玻璃现实意义大,未来用途广泛,而二氧化钛越来越广泛地应用于不同类型的产业。将二氧化钛制成薄膜涂于玻璃表面,防水效果明显改善,吸水增加,但分布的水分子分布均匀,具有良好的防水效果。但实验只有在紫外光下,才能达到预期的效果。
[关键词] 二氧化钛 玻璃 防水 提拉法
Titanium-plated Glass Surface Of The Waterproof Membrane
Liuyu Yechao Qianhua
(Central South University School of Civil Engineering Changsha 410075)
Abstract:The future using of a wide range of titanium dioxide and increasingly widely used in different types of industries.Will be made of titanium dioxide thin film applied to glass surfaces,the effect of improved water-proof,water-absorbent, but the distribution of distribution of water molecules, has a good waterproof effect.But the experiment is only visible under ultraviolet light in order to achieve the desired results.
Keywords:titanium dioxide,glass, waterproof hydrophilic,Czochralski method
一、实验设计
1.制作样品玻璃表面;
将75mL乙醇(分析醇)与1.5mL二次蒸馏水在搅拌下滴加硝酸(分析醇)调节PH=3~4,然后将15mL钛酸正丁脂(分析醇)与25mL乙醇混合均匀后在强烈搅拌下滴加到前述溶液中,约1h滴完,继续搅拌20min,得透明溶胶。
采用浸渍提拉法,将5cm*5cm的玻璃片(无须清洗)以5cm/min的速度垂直提拉出液面。在室温下无尘放置12h后,放入马福炉升温到600度灼烧60min,冷却后取出样品进行后续实验。
2.玻璃分组,将玻璃分为普通玻璃和镀有二氧化钛膜的样品玻璃,编号“一组”、“二组”,每组有三块玻璃,编号为一组1、2、3和二组1、2、3。
3.观察普通玻璃沾水情况;
在无紫外光条件下,将普通玻璃1号置于蒸馏水中,浸泡3min后取出,晾放1min后,再放入水中浸泡3min后取出,再晾放1min,最后再放入水中浸泡3min,取出,进行观察。然后置于精度为0.01g的电子称上进行称量。
在有紫外光条件下,用2、3号玻璃重复上述实验。
重新回到无紫外光条件下,将3号玻璃重复第一步的实验。
4.观察样品玻璃沾水后的情况;
在无紫外光条件下,将样品玻璃1号置于蒸馏水中,浸泡3min后取出,晾放1min后,再放入水
中浸泡3min后取出,再晾放1min,最后再放入水中浸泡3min,取出,进行观察。然后置于精度为0.01g的电子称上进行称量。
在有紫外光条件下,用2、3号玻璃重复上述实验。
重新回到无紫外光条件下,将3号玻璃重复第一步的实验。
5.对比分析,得出理论原因。
二、实验结果
1、普通玻璃对水反应
一组1号玻璃如图1:
图1 一组1号玻璃
一组2号玻璃与一组3号玻璃与一组1号玻璃情况相似,质量改变情况如表1:
图2 二组2号玻璃
汽车玻璃防雾
质量改变情况如表2:
二组2号玻璃质量明显增加,其水分子在玻璃表面不形成微小颗粒;对比一组和二组,二组1号、3号与一组1号情况类似,但增加质量略大,是由于二氧化钛薄膜的质量导致的。
三、镀有二氧化钛膜的玻璃表面防水原理
在原子力显微镜下的观察表明:经紫外线照射的TiO2,不仅能产生亲水表面,而且能产生00角的亲水亲油表面,这种独特表面的产生归因于亲水微观分布结构的形成。因为光激发产生的氧空气吸附-OH而产生亲水性区域所致。在紫外光照射下,二氧化钛表面的超亲水性起因于其表面结构的变化:在紫外光的照射下,二氧化钛的价电子被激发到了导带,电子和空穴向二氧化钛表面迁移,在表面形成了电子空穴对,电子与钛离子反应,空穴则同薄膜表面的桥氧离子反应,分别生成正三价钛离子Ti3+和氧空位。此时,空气中的水分子解离吸附在氧空位中,成为化学吸附水,化学吸附水可以进一步吸附空气中的水分,即在正三价钛离子缺陷的周围形成了高度亲水的微区,而表面剩余区域仍保持疏水性,这样就在二氧化钛的表面构成了均匀分布的纳米尺寸的分离的亲水区。润湿表面停止紫外光照设后,重新回到原来的疏水性状态。过程图解如下:
在紫外线的照射下,产生00角的高亲水性TiO2表面,这种高亲水性TiO2表面具有防雾和自动清洁的特性。利用这些特性,TiO2薄膜涂料可用于汽车侧视镜、窗膜、室外瓦片、高速公路的护墙等,还能制成各种亲水涂料,如珊瑚吸水膜、活性剂涂料等。TiO2膜片的表面在紫外线的照射下,很容易恢复其亲水性,其性能具有永久性。■
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