一种自然超亲水性多孔TiO2/SiO2复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：采用溶胶凝胶法，分别以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为前躯体制备TiO2溶胶和SiO2溶胶；按照摩尔份数计，以SiO2溶胶加入量为SiO2和TiO2总量的1％-50％进行复合，得到TiO2/SiO2复合溶胶；再用制得的复合溶胶在基底材料上进行涂膜，晾干后，经煅烧，冷却后得到具有超亲水性能的薄膜。本发明专利技术制备的薄膜具有相分离诱导的发达孔结构和SiO2复合的双重特征，孔径在100nm-6μm范围内，薄膜厚度在200nm-2μm范围内，薄膜表面与水接触角为5°以下，具有极佳的自清洁、防雾和抗菌功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合薄膜，尤其是一种自然超亲水性多孔Ti02/Si02复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
超亲水TiO2薄膜因其具有优良的光学、化学和亲水性质，在自清洁、防雾、抗菌、抗腐蚀、生物医学应用、药物传送系统、太阳能电池、热传递等方面有着广泛的应用潜力。但是由于TiO2有着较大禁带宽度3. 2eV,光能利用率很低，只有紫外光才能诱导TiO2产生超亲 水性，这导致TiO2薄膜仍未能取得大规模的实际应用。目前制备TiO2薄膜的方法主要有阴极电化学沉积法、阳极氧化法、静电纺丝法、水热法、化学气相沉积法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、层层自组装法等，但这些方法具有诸多方面的局限性，具体表现在仪器设备昂贵、制备工艺复杂、改性条件苛刻、表面微观结构稳定性差、亲水寿命短等。溶胶-凝胶法具有设备要求低、工艺简单、低温反应、操作方便等优点，是制备粗糙TiO2薄膜与制备复合薄膜最常用的方法之一。在使用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜中，可以比较容易的改变薄膜表面化学组成(例如对薄膜表面进行贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、SiO2复合等)，通过光照诱导超亲水性；也可以方便的在亲水薄膜表面构建粗糙多孔结构，提高其物理吸附能力。但是在制备粗糙多孔结构薄膜时，往往需要用到模板剂(或造孔剂)，如聚乙二醇(PEG)、十二烷基苯磺酸钠(DBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等，既增加了制备成本又造成了制备工艺的繁杂，而不使用模板剂的情况非常罕见。此外，人们往往对TiO2薄膜进行单一方面的改性，这在改善TiO2薄膜超亲水性能上作用非常有限。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有TiO2薄膜在可见光条件下超亲水性能不理想的缺点，而提供一种多孔的Ti02/Si02复合薄膜制备方法。利用溶胶-凝胶法，采用乙酰丙酮和醇胺类化合物两种络合剂复合的方法，在不使用模板剂的条件下便制备出了具有发达孔结构的超亲水TiO2薄膜，多孔结构由溶胶体系中的相分离诱导产生。并在此基础上加入蓄水性材料SiO2,进行Ti02/Si02复合，首次制备出具有多孔结构的超亲水Ti02/Si02复合薄膜，极大提高了TiO2的超亲水性能，该方法可以减小薄膜表面和水的接触角，实现TiO2薄膜的可见光响应。制备的复合薄膜可广泛应用于自清洁、防雾、抗菌领域，属于功能材料领域。本专利技术所采用的技术方案如下一种自然超亲水性多孔Ti02/Si02复合薄膜的制备方法，包括以下步骤采用溶胶凝胶法，分别以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为前躯体制备TiO2溶胶和SiO2溶胶；按照摩尔份数计，以SiO2溶胶加入量为SiO2和TiO2总量的1% -50%进行复合，得到Ti02/Si02复合溶胶；再用制得的复合溶胶在基底材料上进行涂膜，晾干后，经煅烧，冷却后得到具有超亲水性能的薄膜。优选地，所述SiO2溶胶的制备在10_60°C温度条件下，将正硅酸乙酯、无水乙醇混合并搅拌约20-60min，配成B溶液；将无水乙醇、去离子水、浓硝酸(质量分数约为65% )充分混合,配成A溶液；将A溶液逐滴滴加到强烈搅拌下的B溶液中，滴加完以后继续搅拌2-3小时，然后室温下密封避光陈化2-3天，形成SiO2溶胶。优选地，所述制备SiO2溶胶的原料加入量，按体积份数计为10份正硅酸乙酯、30-100份无水乙醇、1-5份去离子水、0. 1-1. 5份浓硝酸，其中A、B溶液中无水乙醇用量体积比为3 : 7 7 : 3。优选地，所述TiO2溶胶的制备在10-60°c温度条件下，将钛酸四丁酯、无水乙醇混合并搅拌约20-60min，然后加入乙酰丙酮和醇胺类化合物作为钛醇盐的络合剂，使所有添加溶液充分混合，配成D溶液；将无水乙醇、去离子水、浓硝酸充分混合，配成C溶液；将0溶液逐滴滴加到强烈搅拌下的D溶液中，滴加完以后继续搅拌2-3小时，然后密封避光陈化1-3天,形成TiO2溶胶。 优选地，所述醇胺类化合物为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。优选地，所述制备TiO2溶胶的原料加入量，按体积份数计为10份钛酸四丁酯、30-100份无水乙醇、5-15份去离子水、0. 5-1. 5份浓硝酸、1_4份乙酰丙酮、0. 25-3份乙醇胺或1-5份二乙醇胺或1-6份三乙醇胺；其中C、D溶液中无水乙醇用量体积比为3 : 7 7 3。优选地，所述1102/5102复合溶胶的制备将SiO2溶胶加入到1102溶胶中，10_60°C温度条件下搅拌2-3h，避光陈化0-15天，得到Ti02/Si02复合溶胶。优选地，在进行涂膜前，先将基底材料依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10-60min,并烘干。优选地，在玻璃、金属或陶瓷基底上采用浸涂法、旋涂法或喷涂法，均匀涂布制备好的复合溶胶，自然晾干后，在300°C _60(TC下煅烧，最后自然冷却至室温，最终得到多孔Ti02/Si02复合薄膜。本专利技术在制备TiO2溶胶时，同时加入乙酰丙酮和醇胺类化合物，在控制钛酸四丁酯前驱体的水解反应速率的同时，能加速水解低聚物缩聚反应的进行。随着缩聚反应的进行，体系中逐渐形成以两种缩聚产物为主体的低聚物相。由于缩聚反应使水解产物的羟基大量消耗，使得缩聚产物的极性大为降低。同时以溶剂为主体的相由于存在大量的羟基，致使以缩聚产物为主体的低聚物相和以溶剂为主体的相在极性上有较大的差别，相容性降低，引起了相分离的发生。当进行涂膜和煅烧时，溶剂相挥发形成多孔结构，而低聚物相则成为多孔结构的骨架。相比于平坦的薄膜，粗糙多孔结构的薄膜具有更强的亲水性能。加入蓄水性材料SiO2，进行Ti02/Si02复合。SiO2表面能吸收较多的水形成与硅原子相对称的具有很强稳定性的表面羟基基团，光照条件下，Ti02/Si02薄膜表面物理吸附水扩散至SiO2处及复合氧化物处，被SiO2所吸附，成为稳定的物理吸附水层，从而极大提高薄膜的亲水性倉泛。本专利技术所得到的Ti02/Si02复合薄膜表面具有多孔结构，孔径在100nm-6 y m范围内可调。薄膜厚度在200nm-2 内，在可见光条件下即具有超亲水性质，薄膜表面与水接触角在5°以下(主要为2. 5-5° )。与已有技术相比，本专利技术的优点如下本专利技术制得的薄膜同时具有多孔结构和SiO2复合的特殊功效，利用两种改性的协同作用，在可见光条件下极大的提高了 TiO2薄膜的超亲水性，能广泛应用于自清洁、防雾、抗菌领域。附图说明图I是所制备的多孔Ti02/Si02复合薄膜的SEM图，其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别为实施例1、2、3、4、5所得的复合薄膜。图2是所制备的多孔打02/5102复合薄膜的水接触角图，其中其中(a)、(b)、(C)、(d)、(e)分别为实施例1、2、3、4、5所得到的复合薄膜。图3是实施例2制备的TiO2薄膜(a)和实施例2制备的多孔Ti02/Si02复合薄膜(b)粉末样品的红外图谱。图4是实施例2制备的TiO2薄膜(a)和实施例2制备的多孔Ti02/Si02复合薄膜(b)样品的XPS高分辨率Ols图谱。 图5是实施例2制备的TiO2薄膜(a)和实施例2制备的多孔Ti02/Si02复合薄膜(b)的水接触角随时间的变化曲线图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自然超亲水性多孔Ti02/Si02复合薄膜，其特征在于，该薄膜表面具有多孔结构，孔径在100nm-6 y m范围内，薄膜厚度在200nm_2 y m范围内，薄膜表面与水接触角为5°以下。2.根据权利要求I所述复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 采用溶胶凝胶法，分别以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为前躯体制备TiO2溶胶和SiO2溶胶；按照摩尔份数计，以SiO2溶胶加入量为SiO2和TiO2总量的1% -50%进行复合，得到Ti02/Si02复合溶胶；再用制得的复合溶胶在基底材料上进行涂膜，晾干后，经煅烧，冷却后得到具有超亲水性能的薄膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2溶胶的制备 在10-60°C温度条件下，将正硅酸乙酯、无水乙醇混合并搅拌约20-60min，配成B溶液；将无水乙醇、去离子水、浓硝酸充分混合，配成A溶液；将A溶液逐滴滴加到强烈搅拌下的B溶液中，滴加完以后继续搅拌2-3小时，然后密封避光陈化2-3天，形成SiO2溶胶。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备SiO2溶胶的原料加入量，按体积份数计为10份正硅酸乙酯、30-100份无水乙醇、1-5份去离子水、0. 1-1. 5份浓硝酸，其中A、B溶液中无水乙醇用量体积比为3 : 7 7 : 3。5.根据权利要求2或3或4所述的制备方法，其特征在于，所述TiO2溶胶的制备 在10-60°C温度条件下，将钛酸四...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄洪，黄涛，司徒粤，谢德龙，黄伟欣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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