二氧化钛纳米材料薄膜在紫外线照射下表现出很高的亲水性,其亲水性能在玻璃幕墙、各种镜片、医院墙壁等自洁方面具有广阔的应用前景;而无光照时其表面则具有超疏水性,与水的接触角可达160°,二氧化钛纳米材料表面亲水性和疏水性间的相互转化使其在印刷业具有广阔的应用前景。
基于二氧化钛纳米材料薄膜的亲水特性,近年来人们研究制备了防雾自洁系列产品。玻璃结雾会给人们带来诸多不便,如降低运输工具的安全性,造成眼镜、后视镜、浴室镜、仪器镜头等的模糊,高层建筑玻璃幕墙的清洗危险性大。如果在其表面涂有二氧化钛纳米材料薄膜,水蒸气不会在表面凝结成单个水珠而是形成水膜, 不影响能见度及视野。即使没有光照,二氧化钛纳米材料薄膜也表现出疏水性,接触角增使水滴收缩成团,在重力作用下自由落下,这样玻璃表面的污物就被雨水冲刷干净。目前已有防雾玻璃及防雾膜应用于汽车窗玻璃及反光镜。
二氧化钛纳米材料薄膜的光催化活性和光诱导亲水性是基于紫外线引发电子迁移产生的电子-空穴对这同一理论下的两种不同性质。应用其光催化能力起到净化空气、杀菌除臭及防污的效果,加之亲水特性使二氧化钛纳米材料薄膜具有自洁能力。
袁麟等的研究证明了二氧化钛纳米材料薄膜的亲水性与自洁能力的直接关系。利用二氧化钛的光催化性能和亲水性能,形成自洁表面,应用于汽车玻璃、建材和卫生洁具等方面具有环保节能、经济高效的意义。截至2003年,肖洁瓷砖已在超过5000座建筑物上使用。
二氧化钛基自洁净玻璃是应用最广泛的自洁材料2005年建成的Chubu国际机场使用了20000平方米这类材料.我国的国家大剧院也使用了自洁玻璃。
另外二氧化钛纳米材料修饰的物体在水下运动时可有效减少阻力,即对提高物体运动速度,如应用于轮船、潜艇表面,或制成游泳衣,均可提高其在水中的运动速度。
然而.一般的二氧化钛纳米材料薄膜需长时间紫外线照才使接触角减小,一旦光照停止就快速恢复疏水状态。针对这种情况,研究人员对二氧化钛纳米材料薄膜的亲水性加以改善,包括晶型、薄膜厚度、热处理时间、膜本身粗糙程度等工艺条件的探索.以及提高表面羟基稳定性、增加表面缺陷、增加氧空位与控制电子空穴定向迁移的掺杂,Cat等通过溶胶-凝胶法制得TIO2/SIO3复合薄膜,其光催化性能和亲水性相比于纯二氧化钛薄膜均有所提高,如下图所示:
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