[发明专利]一种二氧化钛薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛薄膜、其制备方法和用途，尤其是一种用于玻璃的二氧化钛超亲水杂化薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

传统玻璃由浮法玻璃原片经切割、磨边、印刷、热处理成型加工而成，当水滴附在玻璃表面时，由于水珠对光的折射，会使玻璃透光度严重下降，使人很难看清玻璃前面的物体，严重时甚至会造成作业无法继续和安全事故。如高湿环境中的镜面(雨中汽车的挡风玻璃)、灯具(晨雾中沿海的灯塔)等往往因为“起雾”而使透光度和透明度严重下降，造成作业无法继续、车船无法正常行驶等问题。而且，由于这些玻璃表面经常暴露在室外，表面容易沾上一些粉尘污垢，给一些高层建筑物的玻璃窗户高空清洁作业制造了巨大的麻烦。随着人们生活质量要求的不断提高以及环保和节能意识的不断增强，如何解决以上问题，制造具有自清洁功能的玻璃受到了人们的重视。

近年来，TiO₂的光催化活性和光致亲水性吸引了人们的注意。1997-1998年，东京大学的Wang和Fujishima等人分别报道了紫外光诱导下TiO₂薄膜超亲水性的现象，水与TiO₂薄膜表面接触，当受紫外光照射后，接触角由几十度迅速变小，最后达到3±1°。物体表面的亲水性能与表面的结构和液体的性质密切相关，水对固体的润湿程度可用接触角大小来衡量，研究表明如果接触角小于90°，可定义物质表面是亲水的，若小于5°，可认为表面是超亲水的。若在普通玻璃产品表面涂覆一层TiO₂超亲水薄膜，当水接触到玻璃薄膜表面时，会迅速铺展形成均匀的水膜，水膜铺展后，在重力或雨水风力等外力作用下流走时还能有效带走污垢。而且这种玻璃形成的水膜很薄，水极易挥发，玻璃能够快速干燥，干燥后也不会在玻璃表面上留下水存在过的痕迹，保持了玻璃表面的清洁，这就是TiO₂的超亲水特性。另外，由于TiO₂的光催化活性，在自然界或照明光源中紫外线照射下，TiO₂还能分解有机污染物，水膜铺展后受重力或雨水风力等外力作用，可将有机污染物清除。TiO₂超亲水薄膜的出现，对解决人们生产和生活中对自清洁玻璃的要求，提供了解决办法，TiO₂薄膜的这一独特性能使得它的应用前景非常诱人。

自超亲水表面发明以来，取得了很大的发展，可广泛应用在与人们生活息息相关的玻璃制品上，其自清洁性能使其广泛用于玻璃幕墙、门窗玻璃、天窗玻璃、家电玻璃、灯具灯罩玻璃等。TiO₂薄膜虽具有良好的亲水性和光催化活性，但TiO₂薄膜的应用也存在一些问题。TiO₂薄膜仅在光照或紫外光照射下具有良好的超亲水性，但无紫外光或停止光照射一段时间后,接触角会逐渐增大重新恢复到疏水状态，导致这种玻璃薄膜受天气影响较大，不利于实际应用。另外制备TiO₂薄膜最多的方法是溶胶凝胶法，将配置好的溶胶通过浸渍提拉、旋转涂层或喷涂法涂布在基材上。溶胶凝胶法操作工艺简单，合成温度低，产品纯度可控，制得的膜化学组分均匀，但成膜需要经过高温干燥和热处理，而热处理温度及气氛会影响膜的孔隙率、稠密度、晶型及薄膜与基材结合的牢固性等，从而导致TiO₂薄膜应用受到一定程度的限制。因此，深入开展玻璃超亲水性TiO₂薄膜的研究，扩大其应用范围和使用条件，优化其施工工艺，对发展新的生态建筑材料和环境协调型材料，保护环境、节能减排和实现可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种能够消除或缩短二氧化钛薄膜在无紫外光照射时的工作盲区、在紫外光停止照射后依然能保持良好亲水性的二氧化钛薄膜的制备方法；同时，本发明的另一目的在于提供一种采用所述方法制备得到的二氧化钛薄膜。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种二氧化钛薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将TEOS、水、盐酸和乙醇混合预水解，然后加入钛酸四丁酯（Ti(OC₄H₉)₄）和乙醇的混合液，再加入水、盐酸和乙醇的混合液，搅拌稳定后，得SiO₂-TiO₂复合溶胶；