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金属氧化物光致超亲水性的研究进展
第 43卷第 6期 现代 冶 金 Vo1.43 NO.6
2015年 l2月 ModernMetallurgy Dec.2O15
金属氧化物光致超亲水性的研究进展
纪冬青,韦申一,戴剑雯,周黄捷 ,谢思源,倪 蕊,陈舒恬
(南京工程学院材料工程学院,江苏 南京 211167)
摘要 :对几种主要的金属氧化物的光致超亲水性进行筒要介绍,并分析其技术难题及突破 口,提 出了今后研究的方
向。
关键词 :光致超亲水性 ;纳米结构 ;TiO2;SnO2;ZnO
中图分类号:TB383;TB43
cos0 一 rcos0 (1)
引 言 式 中 r为粗糙度 因子 (即几何面积与投影面积之
比),0为杨氏接触角。当表面非常粗糙时 ,Wenzel
固体表面润湿性能是表面化学的一个重要研究 模式不再适用 ,而应该采用 Cassie模式 。Cassie模
领域 ,在 日常生活、工业及农业等方面具有广泛的应 式 (如图1(b)所示)假设液体在 固体表面形成一种
用,其主要影响因素是表面的微观几何结构和化学 复合表面 ,液体和 固体问存在小气泡 ,在这种情况
组成 。构建超亲水表面 (即润湿角小于 5。的表面) 下,接触角满足以下关系
在表面化学、材料化学 以及工业生产中都具有极大 cos0一9cos0y4- — 1 (2)
的研究意义和应用前景。由于金属氧化物的结构与 式中 0为这种复合接触表面上的表观接触角,
化学成分稳定 ,毒性低以及浸润性的变化幅度较大, 为这种复合接触表面中固液接触所 占的百分数 。实
因此受到研究者的广泛关注。 际情况中,Wenzel和 Cassie模式可以相互转化 。粗
糙结构的高度、间隔、材料的本征接触角、液滴下落
1 光致亲水性的基础理论 的速度和压力等都会影响Wenzel和 Cassie模式之
间的转化。
润湿性是固体表面的重要特征之一。水与固体
表面的接触角小于 9O。时属于亲水表面 (小于 5。称
为超亲水),而接触角大于 9O。时属于疏水表面 (大
于 150。时称为超疏水)。在 自然界 中存在各种润湿 ▲
现象,例如荷叶表面 (Lotus—effect)、蚊子的眼睛、水
(a)Wenzel模式 (b)Cassie模式
鸟的羽毛等,为研究人员制备和应用具有特殊润湿
性的功能表面提供了启示 。固体表面的润湿性在 自 图 1 液滴在 固体表面的浸润行为
清洁材料 、光学镜头、微流体 、防雾表面和无损液体
传输等许多领域都有极大的应用前景。 金属氧化物的光致亲水性的研究始于 1997年 ,
表面润湿性 的基础理论开始于 2O世纪 50年 Fujishima嘲发现锐钛矿相 TiO 多晶薄膜的接触角
代 ,Wenzel和 Cassie[1]分别建立 了两个模型。在 为 72。±1。,并且浸润性可以通过紫外光照发生可逆
Wenzel模式下(如图1(a)所示),液体完全填充粗糙 的转变。对于其它的金属氧化物也发现了光致亲
表面的缝隙,表观接触角 满足 水一疏水性转
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