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自清洁玻璃的研究进展

Self-cleaningglass所谓自清洁玻璃,是指普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后,其表面产生独特的物理化学特性,从而使玻璃不再通过传统的人工擦洗方法而在自然雨水的冲刷下达到清洁一新的状态。PARTONE自清洁玻璃按亲水性分类超亲水性自清洁玻璃超疏水性自清洁玻璃超亲水性自清洁玻璃具有超亲水性的自清洁玻璃从材质方面看来一般都是无机材料组成的膜,如:TiO2、SnO2等但目前已经投入使用和研究开发的自清洁玻璃的表面功能膜材料主要是TiO2以及TiO2与其他金属、金属氧化物或其他元素掺杂的复合物。超亲水性自清洁玻璃的自清洁功能表现为两方面:一是靠其表面对水的亲和性,使水的液滴在玻璃材料表面上的接触角趋于零二是光催化分解有机物的能力,TiO2在紫外光或可见光照射下,当照射光子的能量大于或者等于其能带宽度的时候,介带中的电子被激发,越过价带进入导带,在导带和价带上形成电子-空穴对,电子、空穴具有不同的活性分别与吸附在TiO2表面的有机物质发生氧化还原反应,生成水和CO2,从而达到降解有机物的目的。目前工业化生产的制备超亲水性自清洁玻璃的方法主要包括了化学气相沉积法(CVD)、溶胶凝胶高温烧结法(Sol-Gel)(Sol-gelhightemperaturesinteringprocess)磁控溅射法(MagnetronSputterPlating)三种方法分别进行介绍1.1化学气相沉积法

化学气相沉积法是最早进行研究和在生产线上使用的自清洁玻璃制备方法,目前国际上有影响的几条自清洁玻璃生产线都用这种方法进行生产英国的Pilkington公司、美国的PPG公司、法国圣戈班集团、日本旭硝子公司和中国耀华公司都采用这种方法生产自清洁玻璃。CVD发展简史2002年英国Pilkington公司利用CVD技术沉积制造出了世界第一块应用型自清洁玻璃,并已推广应用2002年,古巴哈瓦那大学的Zumeta和西班牙巴塞罗那大学Ayllon等合作研究了以微波活化沉积化学法在导电ITO涂层上制备纳米TiO2薄膜。2003年,英国Pilkington公司的Sanderson采用APCVD方法制备了TiO2自清洁玻璃。国内的专利方面,目前有张敬畅、吴兴惠等申请了使用CVD法制备TiO2自清洁玻璃的专利。化学气相沉积法实质上是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质或气体供给基板,借助气相反应,在基片表面上反应生成薄膜的方法。按反应方式,它分为两种形式:一种是热分解反应沉积,利用化合物受热分解的性质,在基片表面得到TiO2固态膜。另一种是化学反应沉积,通过两种或两种以上气体物质在加热的基片表面进行化学反应而沉积成TiO2固态膜。化学气相沉积法的优点有以下两点一是制备的膜纯度高,致密性好,容易形成良好的结晶材料。在沉积反应过程中,通过改变或调整参加化学反应的组成,就能方便地控制沉积物的成分和特征,制得各种不同的功能的薄膜和材料。二是一旦工艺控制参数确定,可以规模化连续生产,工艺上易于控制,产品质量稳定。但化学气相沉积法也有个缺点,设备要求高,成本高,导致生产成本高1.2溶胶-凝胶高温烧结法溶胶-凝胶高温烧结法是目前已经产业化和自清洁效果最为有效的自清洁玻璃生产的方法。溶胶-凝胶高温烧结法:从溶液出发,经过溶液的溶胶化、凝胶化后,在低温条件下制备出纳米薄膜,然后对玻璃进行镀膜与钢化得到自清洁玻璃。一般采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2膜的顺序为:先由含钛化合物溶液制备TiO2溶胶,然后将溶胶涂布于玻璃表面,在玻璃表面TiO2的溶胶经过自然挥发或热处理进行凝胶,并在玻璃表面固化成型。一般溶胶-凝胶法得到的纳米TiO2都是锐钛型,所以其光催化效率最高。而经过干燥或钢化处理的玻璃膜由于其中有机物的气化挥发使膜表面呈多孔状态,光催化效率更好溶胶-凝胶高温烧结法发展简史:1995年美国的Paz和Lou制备了玻璃上的光氧化自清洁透明TiO2膜,研究发现用溶胶-凝胶法在钠钙玻璃和石英上可得到具有光催化活性并且透过率很高的膜。1999年,多个家国等采用溶胶凝胶法对有关自清洁玻璃的制备、表征、改性等进行了大量的研究,并有大量相关研究论文发表。2000年,日本soda公司Shigemichi与日本东京大学先进科学技术中心ToshiyaWatanabe等合作采用溶胶-凝胶法在钠钙玻璃上制备纳米TiO2膜,并对纳米TiO2膜光催化活性和光致超亲水性进行了细致的研究。2003年,任达森采用溶胶-凝胶法制备了Si