一种ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］空心复合结构材料及其制备方法与应用。利用水热反应将葡萄糖的水溶液在１６０－２００℃碳化得到粒径２００ｎｍ－１ｕｍ的碳纳米球，以此碳纳米球为硬模板，利用正硅酸乙酯和钛酸四丁酯的水解在碳球表面包覆ＳｉＯ↓［２］和ＴｉＯ↓［２］，所得产物在４５０－５００℃退火１ｈ，除掉碳球，得到空心二氧化硅／二氧化钛结构，分别利用提拉法和旋涂法将产物制备不同层数的薄膜。该方法设计合理，工艺简单，空心结构尺寸分布均匀，粒径可控，空心二氧化硅可明显提高薄膜的透光率，该复合薄膜在挡风玻璃、各种镜片和农业暖房等方面具有广泛的应用。
SiO2 / TiO2 hollow composite structure material and preparation method and application thereof
A SiO: 2 / TiO: 2 hollow composite structure material and preparation method and application thereof. The use of hydrothermal reaction solution of glucose in carbon nano ball 160 to 200 DEG 200nm 1um carbide diameters, the carbon nano spheres as hard templates by hydrolysis of TEOS and four butyl titanate on the surface of carbon spheres coated with SiO: 2 and TiO: 2, the products in the 450 - 500 DEG 1h to get rid of carbon spheres, annealing, obtain hollow silica / titania structure, respectively using the Czochralski method and spin coating method of thin film preparation products of different layers. The method of reasonable design, simple process, hollow structure with uniform size distribution, controllable particle size, hollow silica can significantly improve the transmittance of the films, the composite films are widely used in the windscreen, lenses and agricultural greenhouses.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Si02 /Ti02空心复合结构材料及其制备方法与应用，属于无机纳米材料 制备
技术背景东京大学的Fujishima等人的研究发现，Ti02在太阳光照射下，Ti02经紫外光照射后，光 生电子和空穴分别使Ti02表面吸附的氧还原和水氧化，生成，02和，0H活性基团，这些活性 基团足以使玻璃表面的有机污物，微生物和细菌分解为二氧化碳和水等无机物，从而达到自 清洁的目的。1972年，东京大学的Wang和Fujishima等人在Nature (Nature, 1972， 238,37.) 上报道了紫外光诱导下的氧化钛表面产生超亲水性的现象，即在未经紫外光照射时，水滴与 氧化钛表面的接触角有几十度之大，而在紫外光照射下，接触角逐渐减小，当照射时间足够 长时，接触角会接近于零度，达到超亲水状态。紫外光照射后达到超水性的二氧化钛膜在黑 暗条件下放置，其接触角会回升，重复照射紫外光后可以使氧化钛表面再次呈现超亲水现象。Ti02光致亲水性的发现，更是扩大了它的应用领域。这一超亲水现象和Ti02光催化分解 有机物等其它特性结合，使Ti02在水处理、空气净化、玻璃幕墙、农业暖房、各种镜片、挡 风玻璃和交通标志等方面具有广阔的应用前景，倍受科学界和企业界的关注。例如随着建筑 物不断高层化和广泛使用玻璃幕墙及环境污染源的增加，建筑玻璃的清洗变成了十分耗时而 又危险的工作，所以自洁净玻璃己成为人们关注的热点。以往自清洁玻璃的开发是在玻璃表 面涂制含氟的高分子薄膜，其表面具有憎水性或超憎水性，但耐热性和耐候性存在问题。近 年来出现的二氧化钛涂层自清洁玻璃作为新型的生态建筑材料，其发展前景十分看好。 一些 科技发达国家开展了抗雾及自清洁材料的研究，如日本现己成功地开发了用于汽车反光镜的 PET抗雾膜，不需清洗维护的透光隔间壁、路旁标牌或广告牌外部装饰用瓷砖;汽车车身超亲 水性涂料于1998年5月开始用于加油站的涂布服务，车身超亲水涂层有自净化效果，可减少 洗车用水90%。但TiOs的光催活性必须经紫外光照射，当电子有价带跃迁到导带，形成电子-空穴对后 才能获得；停止光照一段时间后，其表面又恢复到疏水状态，使Ti02的应用受到了很大的限 制。目前使用的二氧化钛光催化剂对日光光能的利用率仅达到3%-5%,如何拓宽二氧化钛光催 化剂的光谱利用范围和利用率成了摆在人们面前的难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种设计合理，工艺简单的Si02/Ti02空心复合结构材 料的制备方法，并利用旋涂法或提拉法将所得材料制备成Si(yTi02空心复合结构材料薄膜应 用于挡风玻璃、各种镜片和农业暖房等领域。上述复合结构的制备方法是以碳纳米球为硬模板，利用正硅酸乙酯和钛酸四丁酯的水解 在碳球表面包覆Si02和Ti02，高温退火除去碳球，得到空心结构的Si02/Ti02。一种Si(VTi02空心复合结构材料，其特征在于，由如下步骤制得，其中，当重量份单位为克时，体积份单位为毫升；当重量份单位为千克时，体积份单位为升1) 制备碳纳米球称取4 8重量份的葡萄糖，溶于40体积份的水中，转入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应 釜内，封闭反应釜，置于160。C 20(TC的恒温装置内反应4 12h，反应完毕后，自然冷却 至室温，将釜内产物倾出，在转速为10000转/分下，离心分离3分钟，取沉淀物，用去离 子水和无水乙醇各洗涤三次，6(TC真空干燥4h，得到粒径200nra lum的单分散碳纳米球；2) 碳纳米球表面包覆二氧化硅称取0. 05 0. 1重量份的由步骤(1)制得的碳纳米球，分散在由20 40体积份的乙 醇和4 8体积份水混合的溶液中，加入O. 5 1.5体积份氨水，超声分散20 40min，逐滴 加入正硅酸乙酯0.5 1.0体积份，室温下搅拌2 20h，在转速为8000转/分下，离心分离 3分钟，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，得到C/Si02纳米球；3) C/Si(VTi02复合结构的制备将步骤(2)制得的C/Si02纳米球干燥后，分散于由50 100体积份无水乙醇和0.5 1 体积份水组成的混合液中，超声30min,逐滴加入0. 5 1体积份钛酸四丁酯和7 14体积份 无水乙醇的混合溶液，磁力搅拌lh，在转速为8000转/分下，离心分离3分钟，取沉淀物， 在6(TC真空干燥4h，即得C/Si02/Ti02复合结构材料；4) Si02 /Ti02空心复合结构材料的获得将步骤3)制得的C/Si02/Ti02复合结构材料在50(TC退火0.5 1.5h，得到Si02/Ti02的空心复合结构材料。步骤1)中所述恒温装置是能精确控温的烘箱或者能精确控温的电阻炉。步骤2)、 3)所述的分散方法是搅拌分散方法或超声分散方法中的一种，所述的水是去离子水。一种Si02 /Ti02空心复合结构材料的应用，其特征在于，是通过如下方法制备成Si02 /Ti02空心复合结构材料薄膜来实现的1) Si02 /Ti02空心复合结构材料薄膜的制备Si(VTi02的空心复合结构材料超声分散在溶剂中配成质量分数为0.4%的溶液，以普通 载玻片为基片，利用旋涂法或提拉法，制备1 10层薄膜。2) 将由步骤1)制得的薄膜在45(TC退火0. 5 1. 5h，即得Si02/Ti02空心复合结构材料薄膜。步骤1)中所述的提拉法或旋涂法在垂直提拉机或旋涂仪上操作。所述溶剂为水或乙醇或加入高分子聚合物的乙醇溶液。所述高分子聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯吡罗垸酮。步骤2)中所述的退火在能精确控温的马弗炉或电阻炉上操作。以上反应步骤如无特别说明，均为本领域常规实验反应条件。与现有技术相比，Ti02与Si02复合结构的制备采用了以碳纳米球为硬模板的方法，得到 了空心结构的Si02/Ti02，产物的单分散性好，粒径分布均匀，粒径尺寸可通过改变碳球的粒 径灵活控制。样品的形貌用透射电子显微镜(TEM) Hitachi model H-700进行观察(加速电压IOO kV)。图2是碳纳米球的透射电镜照片，由图可见，碳纳米球大小均匀，分散性好，直径约为400nm。图3是所得空心复合结构的透射电镜照片，直径与碳纳米球接近。与普通的二氧化钛纳米薄膜相比，Si(VTi02空心复合结构材料薄膜的性能更为优越，制 作方法简单，成本更为低廉。二氧化硅具有高的透光率，其空心结构在可见光的照射下形成 有效的共振腔，可以极大地提高可见光的利用率。从根本上解决了二氧化钛光催化剂的光谱 利用率小的难题，得到具有光催化性能、超亲水性和高透光率的集多种功能于一体的复合薄 膜。这种薄膜在挡风玻璃、各种镜片和农业暖房等方面具有广泛的应用。本专利技术中sicyTi02空心复合结构材料制备方法，还适用于其它金属氧化物与二氧化硅复合空心结构的制备方法，是一种金属氧化物与二氧化硅复合空心结构的普适合成方法。 附图说明图l是本专利技术的制备流程图。图2是碳纳米球的透射电镜照片。图3是本专利技术制得的Si02 /Ti02空心复合结构材料的透射电镜照片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步阐述，但本专利技术保护范围不仅限与此，其中，当重量 份单位为克时，体积份单位为毫升；当重量份单位为千克时，体积份单位为升，实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］空心复合结构材料，其特征在于，由如下步骤制得，其中，当重量份单位为克时，体积份单位为毫升；当重量份单位为千克时，体积份单位为升：１）制备碳纳米球称取４～８重量份的葡萄糖，溶于４０体积份的水中，转入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，封闭反应釜，置于１６０℃～２００℃的恒温装置内反应４～１２ｈ，反应完毕后，自然冷却至室温，将釜内产物倾出，在转速为１００００转／分下，离心分离３分钟，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，６０℃真空干燥４ｈ，得到粒径２００ｎｍ～１ｕｍ的单分散碳纳米球；２）碳纳米球表面包覆二氧化硅称取０．０５～０．１重量份的由步骤（１）制得的碳纳米球，分散在由２０～４０体积份的乙醇和４～８体积份水混合的溶液中，加入０．５～１．５体积份氨水，超声分散２０～４０ｍｉｎ，逐滴加入正硅酸乙酯０．５～１．０体积份，室温下搅拌２～２０ｈ，在转速为８０００转／分下，离心分离３分钟，取沉淀物，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，得到Ｃ／ＳｉＯ↓［２］纳米球；３）Ｃ／ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］复合结构的制备将步骤（２）制得的Ｃ／ＳｉＯ↓［２］纳米球干燥后，分散于由５０～１００体积份无水乙醇和０．５～１体积份水组成的混合液中，超声３０ｍｉｎ，逐滴加入０．５～１体积份钛酸四丁酯和７～１４体积份无水乙醇的混合溶液，磁力搅拌１ｈ，在转速为８０００转／分下，离心分离３分钟，取沉淀物，在６０℃真空干燥４ｈ，即得Ｃ／ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］复合结构材料；４）ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］空心复合结构材料的获得将步骤３）制得的Ｃ／ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］复合结构材料在５００℃退火０．５～１．５ｈ，得到ＳｉＯ↓［２］／ＴｉＯ↓［２］的空心复合结构材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：占金华，范迎菊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。