自清洁玻璃的研究现状综述(2)

菜单

目前，从方法上区分自清洁玻璃有以下两类：超疏水自清洁玻璃和超亲水自清洁玻璃，它们都是通过水的作用达到本身的自清洁效果的。市场上出现的自清洁玻璃，主要还是以有效成分为二氧化钛的无机膜材料的超亲水自清洁玻璃，国内外研究者和生产企业所研究和生产的自清洁玻璃一般都是在普通玻璃的面或者两面镀上一层主要成分是二氧化钛的功能薄膜玻璃。超亲水性的自清洁玻璃是什么原理？一是因为玻璃表面有亲水性，水滴在玻璃表面时，与表面的接触角趋于零。当水接触到玻璃表面时，在表面上很快的展开，形成的水膜十分均匀，这就是其超亲水的性质，均匀水膜自身带有重力，它滑落的同时也带走了表面的污垢，大部分的污迹都可以通过这种方式去除。第二个原因是光催化分解有机物的能力,二氧化钛在紫外和可见光照射下,当光光子能量等于或大于频带宽度,电子媒介的启发,在价带进入导带,形成导带和价带的电子-空穴对,电子和孔有不同的活动,分别和二氧化钛的表面吸附,氧化还原反应的有机物质,生成水和二氧化碳,实现有机物的降解的目的。

光催化自清洁玻璃的问题是膜层的耐久性问题,皮尔金顿公司介绍自洁玻璃的使用寿命为10年,自洁玻璃研究报告没有涉及这个问题。自洁玻璃的寿命可以从两个方面考虑,一方面是涂层表面的半导体玻璃膜牢度的磨损和使用,提高有机膜材料的组合的能力将在光催化降解反应;另一方面是长期反复的半导体薄膜衰减在紫外线照射下的光催化系统,这些问题可以限制光催化剂在自然条件下户外应用的可行性。纳米粉体的应用质量创新小组开发了一种特殊的纳米自洁涂料玻璃幕墙,该集团自1995年以来,有机-无机杂化膜进行研究,将首次在国内无机纳米粒子改善基础介绍了有机-无机杂化膜材料各种性能实验室。经过多年的研究和探索,成功开发了多种纳米复合涂层。由于涂层制备过程中,应用各种各样的纳米材料和纳米技术,从而大大提高涂料耐擦洗、附着力、光洁度、老化性能、表面硬度和粘灰尘,自洁、抗菌、霉菌和其他环境净化性能。纳米涂料体系玻璃透光率不受影响的情况下,切断与外界接触,玻璃很难有库仑力,尘土与玻璃很难相结合,涂层系统本身与玻璃表面并形成共价键牢固,良好的耐久性。同时,特殊的疏水性能涂层使有机物和无机盐和污垢夹带雨水直接滑落玻璃起到清洁作用,类似于荷叶效应,缓冲了静电涂层的能力,消除静电吸附灰尘,大大提高防污自洁玻璃幕墙的性能。

纳米半导体的独特性能之一是光催化，这种纳米材料在光的照射下,光能转化为化学能,促进有机过程被称为光催化反应。它的基本原理是:当的半导体氧化物纳米粒子(例如二氧化钛)大于禁带宽度的光子的能量照射,电子从价带跃迁到导带,电子-空穴对,电子还原能力、抗氧化,气蚀和氢氧根反应表面的氧化物半导体纳米粒子,产生氧化强劲OH-自由基,活泼OH-自由基可以产生大量的二氧化碳和水等无机氧化物、耐火材料和有机化合物,例如,可以为醇酯氧化,氧化醛醇,醛氧化成酸,酸进一步氧化,变成二氧化碳和水。氧化物半导体光催化活性,主要是在价带和导带氧化-还原电势的氧化-还原电位的价带和导带的氧化-还原电位更负,光生电子和空穴的氧化和还原能力、较高的光催化降解有机物的效率。到目前为止,最广泛的半导体光催化剂的研究,属于宽禁带n的一半,光催化剂二氧化钛,氧化锌系数超过十种,如半导体氧化物具有一定的光催化降解活性的有机物质,但对于最常用生化或光化学蚀刻,不适合作为自洁玻璃的光催化剂,而二氧化钛纳米颗粒不仅具有很高的催化活性,耐酸,耐碱,耐化学腐蚀,成本低,无毒,玻璃表面具有良好的粘附性能,这使得自清洁玻璃大多数都是用二氧化钛纳米粒子来当做光催化剂以求得到最大的效果。减少半导体催化剂颗粒大小,可以显著提高光催化效率,当半导体粒子的粒径小于某一临界值(通常约10纳米),电荷载体将显示量子行为,价带电位变得更正, 传导带越来越负电位,它实际上增加了光氧化-还原能力的电子和空穴,提高半导体光催化氧化有机化合物的活性。对半导体来说，它的纳米粒子的粒径比空间电荷层的厚度要小，通过氧化和还原反应，光载波可以从粒子的内部迁移到粒子的表面进行扩散。根据扩散方程的计算和Gmtzel研究表明1微米二氧化钛粒子的粒径,电子从内部扩散到表面的时间是大约100纳秒,10 纳米纳米粒子的粒径需要10 皮秒,传播需要较短的时间,光生电荷分离效果更好,光催化活性和电子空穴的复合概率有关，复合概率越小，活性越高。半导体纳米粒子尺寸小,另一方面,在许多原子从表面上看, 比表面积很大,大大增强了吸附有机半导体光催化的能力,提高有机物的光催化降解的作用。基于上述原因,对自洁玻璃二氧化钛,必须具有纳米尺度的大小,平均粒径和比表面积是主要的技术参数,是玻璃自洁技术基础的功能。