[发明专利]一种光诱导自清洁玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于自清洁玻璃领域，具体为涂覆ZnO/TiO₂复合薄膜的自清洁玻璃的制备方法。

技术背景

自从人们在自然界中发现了荷叶出淤泥而不染，自清洁概念便应运而生。同时伴随着科技的发展，人们对产品的多功能性要求越来越高，科学家们开始研究自清洁效应，各种具有自清洁效应的产品开始进入人们的视野。在建筑行业，自清洁玻璃被广泛应用于建筑幕墙，可以节省人工清洗成本，节能环保。在汽车行业，防雾挡风玻璃倍受消费者青睐。同时，自清洁玻璃也被用于高精尖的光学仪表上。

自清洁是指在没有添加洗涤剂和人工机械作用的条件下，只在风力、雨水及重力等自然力作用下，物质表面的污浊物自动脱落到达自清洁效果，其中包括有机物分解为无机物、抑菌杀菌、无机物自然剥落等功能。自清洁玻璃采用特有的镀膜工艺，玻璃做为载体，在其表面镀上一层透明的半导体光催化薄膜，在光催化的作用下赋予普通玻璃降解有机物，抗菌杀菌，防雾自清洁等性能。

1972年Fujishima和Honda在《Nature》上发表了一篇关于在光催化作用下在TiO₂电极上水分解成氢的论文后，可以认为TiO₂光催化自清洁时代的来临。大量有关于光催化的实验在各个学科领域展开，比如物理、化学和材料等，科学家们开始探索光催化的原理及其应用技术，希望提高催化效率以达到自清洁的要求，光催化一度成为最前沿活跃的科研之一。

关于TiO₂薄膜的亲水性原理也在此基础上被提出来，早期大部分人认为薄膜的表面亲水性是原本存在的，而有机物的粘附容易使其变成疏水表面，使水在上面难以铺展，由于在光照作用下，有机物被降解为无害无机物，从而薄膜又恢复其本身的亲水性。但是后来1997年Wang等在《Nature》上第一次发表了关于纳米TiO₂薄膜的超双亲性原理的报道，又一次引起了科学家们的广泛关注，并开始深入研究其机理，另一种理论被提出并被大家普遍接受：即在紫外光的照射下薄膜激发出电子-空穴对，电子-空穴对是与表面TiO₂晶体自身发生反应(而不再像光催化反应中那样)，是与O₂和H₂O反应，空穴氧化O^2-为O₂和氧空穴，电子还原Ti⁴⁺为Ti³⁺。由此氧化钛的亲水性根源表现如下：其一，Ti³⁺极易被空气中O₂氧化，其二，氧空穴和水结合形成化学吸附水。在此原理的基础上，纳米氧化钛的自清洁可以总结为光催化作用和光诱导亲水性两方面。两种主要的超亲水表面形成方法也被提出：一种是通过改造物质的几何微观结构和它们的表面化学，形成的微孔表面和光滑的表面可以赋予材料超亲水性，一部分水留在固体与液体的拼凑面上，剩下的水被吸附在材料表面凹缝中；另一种是利用光催化剂，赋予薄膜光诱导亲水性，如TiO₂、ZnO、SiO₂等半导体催化材料。于是科研工作者们想到在玻璃表面镀上一层透明坚硬的半导体薄膜，由于薄膜有超亲水性，落在上面的水滴迅速铺展开形成水膜，渗透到污物的下面，隔离了污物并使其容易被雨水冲刷带走达到自清洁效果。当水与薄膜表面的水接触角小于15°时被认为具有较高水流动性，水接触角小于10°时被认为有自清洁效应，水接触角小于7°时被认为有防雾功能。另外，Wang R还发现薄膜的亲水性并不能一直保持，在没有光照的情况下，黑暗中薄膜又会恢复疏水状态，水接触角会变大，继续光照，水接触角又会变小，水仍然能铺展开，因此薄膜能在亲水状态和疏水状态相互可逆转变。

发明内容

本发明的目的在于提出一种涂覆ZnO／TiO₂复合薄膜的自清洁玻璃的制备方法。

一种涂覆ZnO／TiO₂复合薄膜的自清洁玻璃的制备方法。首先，配制ZnO和TiO₂溶胶，然后，采用浸渍-提拉工艺在普通玻璃上涂覆ZnO和TiO₂溶胶，最后，对制品进行热处理，得光诱导自清洁玻璃。