1、膜及其性能研究 学生姓名郭耀飞 学院材料科学与工程 系别材料成型及控制工程 专业材料成型及控制工程 班级材 指导教师姚军副教授 姚军副教授 学校代码 学号 内蒙古工业大学本科毕业论文 摘要 薄膜是众多氧化物半导体薄膜中研究最为广泛的种材料，其表面的 超亲水性和自清洁效应开辟了光催化功能薄膜材料新的研究领域。 本文以钛酸丁酯为钛源，通过溶胶凝胶法制备了可与水以任意比例混合， 并可直接涂覆使用的掺铁的溶胶。通过降解甲基橙研究掺铁量为的 的光催化性通过滴在玻璃表面的水滴的直径和水滴接触角研究掺铁量为 的的亲水性通过衍射测试研究了掺铁量为的薄膜 的晶相结构通过光学电镜测试研究了掺铁前后薄膜的表面形貌特征。 研究结果表明铁离子掺杂浓度为摩尔比的镀膜层数为层 煅烧的时间为，温度为时，所制备出的薄膜致密均匀，光滑透明且 不开裂紫外光照后，薄膜具有超亲水性和较强的光催化活性。 关键词纳米薄膜溶胶凝胶法自清洁性内蒙古工业大学本科毕业论文 , , , , 内蒙古工业大学本科毕业论文 目录 第章绪论 选题的目的和意义 自清洁玻璃 自清洁玻璃的概。
2、要部分，般与 表面吸附的或离子反应形成具有强氧化性能的羟基自由基。 ・ ・ 电子与表面吸附的氧分子反应，分子氧不仅参与还原反应，还是表面羟基自由 基的另外个来源，具体的反应式如下 ・・ ・ 另外，和通过对氧化钛光电导率的测定，证实了在光催化反应 中・的存在，个可能发生的反应就是 ・ 上面的式子中，产生了非常活泼的羟基自由基・，超氧离子自由基・ 以及・自由基，这些都是氧化性很强的活泼自由基，能够将各种有机物直接氧化 为和等无机小分子。而且因为它们的氧化能力强，使氧化反应般不停留 在中间步骤，不产生中间产物。等用电子自旋共振谱观察冷却至内蒙古工业大学本科毕业论文 的丙炔加氢反应体系，证实了体系中・的存在，同时，还能观察到及其他些 含氧自由基的信号。常温下，这些谱蜂很弱，因为常温下这些自由基很不稳定， 存在的时间短，难以观察到。 纳米薄膜的制备方法 薄膜有很多种制备方法，不同的制备技术对薄膜的结构外观和性能都有不 同的影响，比如膜层厚度的均匀度，与玻璃基体结合牢固度，表面的微观形貌，晶体 的结构等等，如果投入实际应用还要考虑到产率问题。薄膜的制备方法主要有溶 胶凝胶法物理气相沉积法化学气相沉积法及喷雾热分解等方法。每种制备技术。
3、自 清洁玻璃，它利用已研究成型的纳米的光催化效果得到表面具有光致超亲水性 和光催化分解有机物功能的自清洁玻璃。而这种自清洁玻璃的使用条件就是必须在紫 外光条件下照射定时间后，才能使玻璃产生超亲水性，起到自清洁玻璃的作用。内蒙古工业大学本科毕业论文 第二章自清洁玻璃的研究方法及原理 亲水性机理 超亲水性是于年在公司的实验室里意外发现的。薄膜在紫外光 的照射下获得了超亲水性。在这种情况下，同样产生了电子和空位，但与光催化时的 反应完全不同。电子将子还原成离子，空位将氧化氧离子。在这个过程中， 氧原子被逐出形成氧空位如图所示，水分子可以占据这些空位产生羟基基团， 从而使表面具有亲水性。材料的表面被紫外光照射的时间越长，水的润湿角就越小， 中等强度的紫外光照射后，润湿角接近于零，也就是说水具有在材料表面完全 铺开的趋势。具有两种特殊的光感应现象，第种是近些年才发现的亲水性， 种就是光催化现象，这种现象的术语称之为超亲水性。虽然这两种现象存在本质上的 区别，却同时发生在的同个表面。根据成分和工艺的不同，的表面可能 光催化突出些，超亲水性次之，或者正好相反。 图二氧化钛薄膜亲水性原理 最初的研究认为表面的超亲水性起因于表面吸附有机分子的光催化分解反 应，但是进步的研究表明，超亲水性是表面本身光诱导的种特性。目前的 研究认为，在光照条件下表面的超亲水性起因于其表面结构的变化光诱导产 生额外的氧空位据认为是处于表面配位的桥位置，带正电的氧空位化学吸附， 进而通过氢键吸附水分子，形成物理吸附层，即在缺陷周围形成了高度亲水的微内蒙古工业大学本科毕业论文 区，导。
4、行， 而光催化材料的开发和研制则是光催化技术的关键之。 年和等发现受辐射的上可进行持续的水氧化还原反应 产生氢气。三十多年来，半导体因其化学性质稳定难溶耐光腐蚀，加之无 毒，成本低，直受到世界各国科学家的竞相研究和产业界的广泛关注，成为化学化 工材料和环境科学等领域的研究热点。但粉末状在水溶液中易于凝聚不 易沉降，催化剂难以分离和回收，且活性成分损失大，不利于催化剂的再生和再利用。 这已经成为以等为基础的光催化方法难以产业化的主要原因之，因此光催化 剂的固载化技术成为应用中的个关键问题。薄膜表面光催化剂具有杀菌除臭 防污自清洁等功能，可进步净化改善我们的生存环境。表面经紫外光照射后还 具有超亲水性，又使其表面具有了防雾易清洗等功能。利用的这些性能，将 之涂覆于玻璃之上形成自清洁玻璃有很大的发展前景。普通的钠钙玻璃由于其价格便 宜而且具有很好的透光性能而受到广泛的应用，在其表面制备具有高光催化活性和超 亲水性的薄膜，不仅解决了粉末在应用中的许多不足，而且拓展了其在生 态建筑功能材料领域中的应用。 自清洁玻璃 自清洁玻璃的概述 众所周知，玻璃幕墙和玻璃的清洁直是个令人头疼的问题。对于幕墙玻璃而 言，其清洁存在以下几个问题 高空作业，危险性大内。
5、 都有自身的优缺点，其中主要制备方法的优缺点对比如表所示。 表薄膜不同制备方法的优缺点对比 方法优点缺点 溶胶凝胶法 喷雾热分解法 磁控溅射法 化学气相 沉积法 纯度及均匀度高 过程易控制 成本低 工艺重复性好可控性好 高沉积速率均匀性好 成分组分控制好 均匀性好纯度高 沉积温度比较低工艺参数易于 控制 处理时间长产品易开裂不 易实现工业化连续生产 单层涂膜生产工艺难控制 环境污染严重 真空度要求高生产成本较高 沉积温度高 成本高 沉积速率低沉积温度高 产量低容易有微粒的污染 溶胶凝胶法 溶胶凝胶镀膜法的基本步骤是先制备溶胶溶液，然后用浸渍提拉涂层旋转涂 层或喷涂法将溶胶溶液涂于经清洁处理的基材表面，最后再经干燥焙烧，即可在基材 表面形成层薄膜。在溶胶凝胶技术中，最重要的环就是溶胶凝胶原材料的合成， 它主要是以金属醇盐为原料，加入溶剂水及催化剂等物质，溶液中的醇盐首先被加 入的水水解，然后水解醇盐通过羟基缩合，再进步发生交联支化从而合成聚合物。 二〇年六月 本科毕业论文 题目溶胶凝胶法制备 表。
6、水性起因于表面吸附有机分子的光催化分解反 应，但是进步的研究表明，超亲水性是表面本身光诱导的种特性。目前的 研究认为，在光照条件下表面的超亲水性起因于其表面结构的变化光诱导产 生额外的氧空位据认为是处于表面配位的桥位置，带正电的氧空位化学吸附， 进而通过氢键吸附水分子，形成物理吸附层，即在缺陷周围形成了高度亲水的微内蒙古工业大学本科毕业论文 区，导致亲水性。而表面剩余区域仍保持疏水性，这样就在五表面构成了均匀分布 的纳米尺寸分离的亲水和亲油微区，类似于二维的毛细管现象。由于水或油性液滴尺 寸远远大于亲水或亲油区面积，故宏观上表面表现出亲水和亲油特性，滴下的 水或油分别被亲水微区或亲油微区所吸附，从而浸润表面。 的光催化原理 当以波长小于的光照射后，能够被激发产生光生电子空穴对，激 发态的导带电子和价带又能重新合并，使光能以热能或其他形式散发掉。 复合能量或热能 当催化剂存在合适的俘获剂或表面缺陷时，电子和空穴的重新复合得到抑制，在 它们复合之前，就会在催化剂表面发生氧化还原反应。价带空穴是良好的氧化剂， 导带的电子是良好的还原剂。大多数光催化氧化反应是直接或间接的利用空穴的氧化 能。在光催化半导体中，空穴具有更大的反应活性，是携带量子的。
7、古工业大学本科毕业论文 使用高强度洗涤剂，有定的腐蚀性，同时产生的废水给环境带来二 次污染 在清洁中需使用大量的水，浪费了水资源。 所以如果能够制备种可以利用天然条件就达到自清洁目的的玻璃，就可以解决 以上所有问题，这设想直是人类的个梦想。正是基于这些因素考虑，当人们 无须从功能分类，只需从玻璃表面镀膜的材质出发就可以区别不同性 质的自清洁玻璃。自清洁玻璃按材质分类可分为无机膜材料自清洁玻璃和有机膜材料 自清洁玻璃，按亲水性分类可分为超亲水性自清洁玻璃和超疏水白清洁玻璃。通常， 有机自清洁玻璃都是超疏水的，正是由于其超疏水性使处在玻璃表面的水无法吸附在 玻璃表面而变为球状水珠滚走来保持表面自清洁，同时，也有特殊无机结构材料膜的 超疏水玻璃。而超亲水自清洁玻璃则基本是无机材料与传统玻璃基材的结合，但超亲 水自清洁玻璃又分为在可见光下就具有超亲水性还是在紫外光下具有超亲水性两类。 超亲水玻璃是靠表面对水的亲和性把无机污物和有机污物隔开进行自清洁处理的。从 材质上看，具有超亲水性的自清洁玻璃般都是无机材料组成的膜，例如 等。目前已经使用的和研究开发的自清洁玻璃表面功能膜材料主要是及与 其他金属或非金属的复合物。纳米自清洁玻璃是最原始的和应用最为广泛。
8、 , , 内蒙古工业大学本科毕业论文 目录 第章绪论 选题的目的和意义 自清洁玻璃 自清洁玻璃的概述 自清洁玻璃的分类 第二章自清洁玻璃的研究方法及原理 亲水性机理 的光催化原理 纳米薄膜的制备方法 溶胶凝胶法 物理气相沉积法 喷雾热分解法 化学气相沉积 实验药品 主要仪器及设备 涂层的制备 溶胶的制备 基片的清洗 涂覆 干燥 热处理 薄膜成分结构表征及性能测试 光催化测试 亲水性测试 射线衍射分析 试样形貌观察 第四章试验结果与讨论分析 亲水性分析 光催化活性内蒙古工业大学本科毕业论文 射线衍射分析 光学电镜分析 结论 参考文献 谢辞内蒙古工业大学本科毕业论文 第章绪论 选题的目的和意义 随着人类生存环境的日益恶化，环境污染已经成为普遍关注而急需解决的问题。 在众多环境治理技术中，以半导体氧化物为催化剂的多相光催化技术由于具有可直接 利用太阳光作为光源来激活催化剂和在室温下能深度矿化有机污染物等独特性能而 成为种理想的环境污染治理技术。多相光催化是光化学反应的个前沿研究领域， 它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进。
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学士论文__溶胶凝胶法制备表面膜及其性能研究