利用表面活性剂修饰的二氧化钛合成超亲水性薄膜的方法技术

利用表面活性剂修饰的二氧化钛合成超亲水性薄膜的方法，二氧化钛是一种重要的无机半导体功能材料，由于它拥有独特的催化、光学、电学以及光电化学等方面的性能而引起人们广泛的关注。超亲水性二氧化钛薄膜在防雾、自清洁材料等方面的诱人应用前景激起了人们对超亲水性二氧化钛薄膜设计合成的兴趣。但目前很少见到直接实现超亲水性纳米二氧化钛薄膜的设计合成。本发明专利技术组成包括：制备二氧化钛溶胶、预处理、浸渍－提拉、附着溶胶、干燥、溶胶－水热法制备二氧化钛纳米粒子、预处理二氧化钛纳米粒子、旋涂、干燥，焙烧。本发明专利技术应用于纳米材料领域。

Method for synthesizing super hydrophilic film by using surface modified titanium dioxide

Method of synthesis of titanium dioxide modified by surfactant super hydrophilic film, titanium dioxide is an important functional material of inorganic semiconductor, due to the unique properties of catalysis, optical, electrical and photoelectric chemistry etc attracted the attention of people. The attractive applications of ultra hydrophilic TiO2 films in fog and self-cleaning materials have aroused interest in the design and synthesis of ultra hydrophilic TiO2 films. However, the design and synthesis of nano titania films with ultra hydrophilic properties are seldom seen. The invention comprises: preparing titanium dioxide sol, pretreatment, dipping, drying, pulling, attaching sol sol hydrothermal preparation of TiO2 nanoparticles, pretreatment of TiO2 nanoparticles, spin coating, drying, roasting. The invention is applied to the field of nanometer materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，是 一种新产品的制造方法,尤其涉及上述方法制作的利用表面活性剂修饰的二氧 化钛合成超亲水性薄膜产品。
技术介绍
.-二氧化钛是一种重要的无机半导体功能材料，由于它拥有独特的催化、光 学、电学以及光电化学等方面的性能而引起人们广泛的关注。超亲水性二氧化 钛薄膜在防雾、自清洁材料等方面的诱人应用前景激起了人们对超亲水性二氧 化钛薄膜设计合成的兴趣。 一般通过紫外光辐射能够实现纳米二氧化钛薄膜的 超亲水性。但是在紫外光未辐射的条件下，很少见到纳米二氧化钛薄膜具有超 亲水性的报道。研究结果表明，薄膜表面微观结构和组成对其亲水性能影响较 大。有机高分子的添加经常被用来调控纳米二氧化钛薄膜的表面微观结构，进 而改变其润湿性能，但至今很少利用表面活性剂。表面活性剂具有双亲功能， 可通过影响纳米粒子的分散状态和表面属性等进一步改善薄膜表面微观结构。 尤其是在合成过程中经常引入有机高分子，其与表面活性剂的相互作用可能更 加有效地调控薄膜表面微观结构，但是尚未见到利用表面活性剂调控二氧化钛 薄膜表面微观结构的报道。在本专利技术中，首次利用表面活性剂修饰的纳米二氧 化钛合成了虽未用紫外光辐射却具有超亲水性的纳米二氧化钛薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用表面活性剂修饰的纳米二氧化钛实现虽未用 紫外光辐射却具有超亲水性的纳米二氧化钛薄膜的合成方法，从而构建一种新 型结构的半导体纳米材料，所构建的新型结构的半导体纳米材料用于改善材料 在表面润湿性等方面的性能。上述的目的通过以下的技术方案实现，其组成包括 制备二氧化钛溶胶、预处理、浸渍-提拉、附着溶胶、干燥、溶胶-水热法制备 二氧化钛纳米粒子、预处理二氧化钛纳米粒子、旋涂、干燥，焙烧，在室温条件下，制备二氧化钛溶胶，采用浸渍-提拉的方法以60mm/min的提拉速度将一 层二氧化钛溶胶附着在玻璃或导电玻璃ITO上，提拉前玻璃基片在二氧化钛溶 胶中的浸渍时间为2分钟，60 'C干燥，得到底片，旋涂之前对溶胶-水热法制 备的表面活性剂修饰的膏状二氧化钛纳米粒子进行预处理，接着采用旋涂的方 法在上述底片上固定一层溶胶-水热法制备的表面活性剂修饰的二氧化钛纳米 粒子，干燥，焙烧，最终得到纳米二氧化钛薄膜。所述的，所述的 制备二氧化钛溶胶是在室温和剧烈搅拌条件下，将2 mL 二次水滴入6 mL钛酸 四丁酯、24mL无水乙醇和2mL乙酰丙酮的均匀混合液中，接着滴入6mL聚乙 二醇400，继续搅拌1小时，即可获得二氧化钛溶胶，所述的预处理是将玻璃 或导电玻璃ITO依次用蒸馏水浸泡并超声20分钟，无水乙醇浸泡并超声20分 钟，丙酮清洗、浸泡4小时并超声20分钟，无水乙醇冲洗，氢氧化钾的异丙醇 饱和溶液浸泡24小时，无水乙醇冲洗，蒸馏水浸泡并超声20分钟，二次水冲 洗，最后干燥，干燥温度为IOO °C。所述的，所述的 溶胶-水热法制备表面活性剂修饰的二氧化钛纳米粒子的过程是将0. 2 g十二垸 基苯磺酸钠阴离子表面活性剂溶解于5mL水中，加入20mL无水乙醇，再滴加 1 mL的70%浓硝酸，在搅拌的同时缓慢地滴加5 mL钛酸四丁酯和5 mL无水乙 醇的均匀混合液，滴加速度为20滴/分钟，滴加结束后继续搅拌1小时，可得 到淡黄色透明的二氧化钛溶胶，在继续搅拌的条件下用26劣的浓氨水调节pH值 至5,量取30 mL溶胶液倒入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，密封，在160 'C温 度下水热反应6小时，自然冷却至室温，倒掉上清液，得到膏状二氧化钛纳米 粒子，如果接着60 'C干燥，研磨，即可得到表面活性剂修饰的二氧化钛纳米粒 子粉末。所述的，所述的 旋涂之前对表面活性剂修饰的膏状二氧化钛纳米粒子进行预处理是将膏状二氧 化钛纳米粒子搅拌45分钟，超声15分钟，滴入1 mL聚乙二醇400,搅拌45分钟，超声15分钟，加入5uL乙酰丙酮，继续搅拌45分钟，超声15分钟， 获得乳白色二氧化钛纳米粒子乳状液。所述的，所述的 旋涂过程是吸取1 mL表面活性剂修饰的二氧化钛纳米粒子乳状液，滴在底片中 央，旋涂过程中匀胶机在转'速1000转/分钟情况下首先旋转15秒，接着在转速 3000转/分钟情况下旋转30秒。所述的，所述的 纳米二氧化钛薄膜的焙烧条件是将待热处理的干燥薄膜放入马弗炉中，以2 'C/min的升温速率，从室温升至400 'C，恒温2小时，自然冷却至室温，即可 获得纳米二氧化钛薄膜。这个技术方案有以下有益效果1. 本专利技术直接实现了纳米二氧化钛薄膜的超亲水性，克服了纳米二氧化钛 薄膜超亲水性对紫外光的依赖性。2. 本专利技术合成过程工艺简单、反应条件温和、操作方便、成本低，易于实 现工业化生产。3. 本专利技术所构建的新型结构材料表现出了结构的新颖性，是纳米级结构与 微米级结构的有机复合。这种新型结构材料不仅为结构理论研究提供条件，而 且可能有利于二氧化钛纳米材料在多方面性能的改善。4. 本专利技术实现了纳米级结构与微米级结构的有机复合，这种复合结构有利 于提高水在固体表面的浸润性，从而实现纳米二氧化钛薄膜材料的超亲水性。 这将为设计合成新型结构的半导体纳米材料提供新的思路和方法。5. 本专利技术中利用表面活性剂修饰的二氧化钛所构建的纳米-微米复合结构 薄膜表现出了较好的超亲水性，拥有很高的开发使用价值。6. 本专利技术中利用表面活性剂修饰的纳米二氧化钛所构建的超亲水性薄膜 的性质表征主要有X-射线衍射分析及拉曼光谱(用来分析相结构和相组成)， 红外光谱(检验表面活性剂与二氧化钛纳米粒子的链接)，高分辨扫描电子显微 镜(观察薄膜表面微观结构)和水接触角测试仪(评估薄膜的润湿性能)。附图说明附图1是所制得的表面活性剂修饰(a)及未修饰(b)的二氧化钛纳米粒子粉 末的XRD衍射图。图中2 6为25.4° 、 37.8° 、 48.1°和55. 2°处衍射角分别 对应锐钛矿相二氧化钛的(101)、 (004)、 (200)和(211)晶面的特征衍射峰。通 过对比可以发现，DBS基团的添加使二氧化钛的衍射峰强度略有下降，说明表面 活性剂修饰对二氧化钛微晶的生长起到了轻微的抑制作用。附图2是纳米二氧化钛粉末(a)、十二烷基苯磺酸钠(b)及十二垸基苯磺酸 钠表面修饰的二氧化钛粉末(c)的IR谱图。二氧化钛样品在波数为400—900 cm—1 的IR吸收信号主要归因于Ti-0的晶格振动，而1630 cm—'和3400 cnf'附近处的IR吸收信号分别是由表面羟基和吸附的水分子所引起的。通过对比可以证实， 十二垸基苯磺酸钠分子基团已经修饰在二氧化钛粒子表面。但是图中，十二烷 基苯磺酸钠在1420 cm^附近处有一较强的IR吸收峰,归属为S=0的伸縮振动。 而对于修饰后的样品，该峰移到了 1390 cm—i附近处。因此，可以推断十二烷基 苯磺酸钠分子基团主要是通过S原子与二氧化钛表面相联接，以至于影响了 S =0的IR吸收峰位置。附图3是利用表面活性剂修饰(a)及未修饰(b)的纳米二氧化钛所制得的薄 膜的XRD衍射图，图中衍射角29为25.4°处的衍射峰归属为锐钛矿相二氧化 钛的(101)晶面的特征衍射峰，衍射角2 9为30.T处的衍射峰为导电玻璃ITO的特征衍射峰。说明所制得的薄膜均是由纳米锐钛矿相二氧化钛组成的。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用表面活性剂修饰的二氧化钛合成超亲水性薄膜的方法，其组成包括：制备二氧化钛溶胶、预处理、浸渍－提拉、附着溶胶、干燥、溶胶－水热法制备二氧化钛纳米粒子、预处理二氧化钛纳米粒子、旋涂、干燥，焙烧，其特征是：在室温条件下，制备二氧化钛溶胶，采用浸渍－提拉的方法以６０ｍｍ／ｍｉｎ的提拉速度将一层二氧化钛溶胶附着在玻璃或导电玻璃ＩＴＯ上，提拉前玻璃基片在二氧化钛溶胶中的浸渍时间为２分钟，６０℃干燥，得到底片，旋涂之前对溶胶－水热法制备的表面活性剂修饰的膏状二氧化钛纳米粒子进行预处理，接着采用旋涂的方法在上述底片上固定一层溶胶－水热法制备的表面活性剂修饰的二氧化钛纳米粒子，干燥，焙烧，最终得到纳米二氧化钛薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：井立强，付宏刚，宋姝，屈宜春，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]