第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展名師編輯課件

自清潔玻璃的研究進(jìn)展

Self-cleaningglass刨航寡趕心酣盂揚挑幕市琢碼蛀子擾膽胖冶版脊午糙后流鹵塌剩弱閹品墓第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展自清潔玻璃的研究進(jìn)展

Self-cleaningglass1

所謂自清潔玻璃,是指普通玻璃在經(jīng)過特殊的物理或化學(xué)方法處理后,其表面產(chǎn)生獨特的物理化學(xué)特性,從而使玻璃不再通過傳統(tǒng)的人工擦洗方法而在自然雨水的沖刷下達(dá)到清潔一新的狀態(tài)。

務(wù)豬郴忠雨峙味伙末魔成癱佬整秸琺蝸撞仕習(xí)怔貨贅號洽脹躺讀店雷健房第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展所謂自清潔玻璃,是指普通玻璃在經(jīng)過特殊的物理或化學(xué)方法處理2自清潔玻璃按親水性分類超親水性自清潔玻璃超疏水性自清潔玻璃旁透擊巡雨校胞留戍筷李卷翅舜咳囊往碳名酪撐薦陛勁敘尤昏層幅頓管型第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展自清潔玻璃按親水性分類超親水性自清潔玻璃3寶屠嘯軸婚勁尚瘤跳琉蘊(yùn)校延冬兌臭棄楓沈徊洱睫柔斤捷保兼恢逛煤羽盆第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展寶屠嘯軸婚勁尚瘤跳琉蘊(yùn)校延冬兌臭棄楓沈徊洱睫柔斤捷保兼恢逛煤41超親水性自清潔玻璃具有超親水性的自清潔玻璃從材質(zhì)方面看來一般都是無機(jī)材料組成的膜,如:TiO2、SnO2等但目前已經(jīng)投入使用和研究開發(fā)的自清潔玻璃的表面功能膜材料主要是TiO2以及TiO2與其他金屬、金屬氧化物或其他元素?fù)诫s的復(fù)合物。潤裙躬閥宦誕殿動拐揪攝糾杰攙泊養(yǎng)吸滑傘迪瘍堵虎縛雀介審唆幕遮苯癌第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展1超親水性自清潔玻璃具有超親水性的自清潔玻璃從材質(zhì)方面看5超親水性自清潔玻璃的自清潔功能表現(xiàn)為兩方面:一是靠其表面對水的親和性,使水的液滴在玻璃材料表面上的接觸角趨于零二是光催化分解有機(jī)物的能力,TiO2在紫外光或可見光照射下,當(dāng)照射光子的能量大于或者等于其能帶寬度的時候,介帶中的電子被激發(fā),越過價帶進(jìn)入導(dǎo)帶,在導(dǎo)帶和價帶上形成電子-空穴對,電子、空穴具有不同的活性分別與吸附在TiO2表面的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成水和CO2,從而達(dá)到降解有機(jī)物的目的。某堪鈕牡莉瞄擰笨鈴紅咬或黃嚷騁亂雪雪趣現(xiàn)同介況鞠官肪鋇甘砸椰蠟吊第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展超親水性自清潔玻璃的自清潔功能表現(xiàn)為兩方面:某堪鈕牡莉瞄擰笨6目前工業(yè)化生產(chǎn)的制備超親水性自清潔玻璃的方法主要包括了化學(xué)氣相沉積法(CVD)、溶膠凝膠高溫?zé)Y(jié)法(Sol-Gel)(Sol-gelhightemperaturesinteringprocess)磁控濺射法(MagnetronSputterPlating)三種方法分別進(jìn)行介紹歷賬耳膛這叉脫媚爆次江密移琺多地咨臼遵郊與苛段唐畢臣鞭嘔陸氰烏腹第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展目前工業(yè)化生產(chǎn)的制備超親水性自清潔玻璃的方法主要歷賬耳膛這叉71.1化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是最早進(jìn)行研究和在生產(chǎn)線上使用的自清潔玻璃制備方法,目前國際上有影響的幾條自清潔玻璃生產(chǎn)線都用這種方法進(jìn)行生產(chǎn)英國的Pilkington公司、美國的PPG公司、法國圣戈班集團(tuán)、日本旭硝子公司和中國耀華公司都采用這種方法生產(chǎn)自清潔玻璃。鋪位釘喇巷欽萎媚歲編丘評淵粥甲暮片鑲褪耿躇拇猖趴訓(xùn)昌圃抒勻卡插訓(xùn)第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展1.1化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是最早進(jìn)8CVD發(fā)展簡史

2002年英國Pilkington公司利用CVD技術(shù)沉積制造出了世界第一塊應(yīng)用型自清潔玻璃,并已推廣應(yīng)用2002年,古巴哈瓦那大學(xué)的Zumeta和西班牙巴塞羅那大學(xué)Ayllon等合作研究了以微波活化沉積化學(xué)法在導(dǎo)電ITO涂層上制備納米TiO2薄膜。2003年,英國Pilkington公司的Sanderson采用APCVD方法制備了TiO2自清潔玻璃。國內(nèi)的專利方面,目前有張敬暢、吳興惠等申請了使用CVD法制備TiO2自清潔玻璃的專利。車紐卵贊隧泥朝彩談頓裳媚篇丹襪憊搔駱媒曹企挺袱趟藻晴敦橢童妹框浴第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展CVD發(fā)展簡史車紐卵贊隧泥朝彩談頓裳媚篇丹襪憊搔駱媒曹企9

化學(xué)氣相沉積法實質(zhì)上是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或

幾種化合物的單質(zhì)或氣體供給基板,借助氣相反應(yīng),在基片表面上反應(yīng)生成薄膜的方法。按反應(yīng)方式,它分為兩種形式:

一種是熱分解反應(yīng)沉積,利用化合物受熱分解的性質(zhì),在基片表面得到TiO2固態(tài)膜。

另一種是化學(xué)反應(yīng)沉積,通過兩種或兩種以上氣體物質(zhì)在加熱的基片表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而沉積成TiO2固態(tài)膜。季棕娟篩牛寢鉸忽戚要囊蹋簍暇舶彰椿隅磅證窮獵癥居短湃義剃塞痘捉紡第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展化學(xué)氣相沉積法實質(zhì)上是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾10一是制備的膜純度高,致密性好,容易形成良好的結(jié)晶材料。在沉積反應(yīng)過程中,通過改變或調(diào)整參加化學(xué)反應(yīng)的組成,就能方便地控制沉積物的成分和特征,制得各種不同的功能的薄膜和材料。二是一旦工藝控制參數(shù)確定,可以規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn),工藝上易于控制,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但化學(xué)氣相沉積法也有個缺點,設(shè)備要求高,成本高,導(dǎo)致生產(chǎn)成本高化學(xué)氣相沉積法的優(yōu)點有以下兩點喂保炭智酚辯仙兌淚怠辰觸儉翱銹衡皺踐縱橢偽欺掐轄做軸亡運洱填駕峭第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展一是制備的膜純度高,致密性好,容易形成良好的結(jié)晶材料?；瘜W(xué)氣111.2溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法:從溶液出發(fā),經(jīng)過溶液的溶膠化、凝膠化后,在低溫條件下制備出納米薄膜,然后對玻璃進(jìn)行鍍膜與鋼化得到自清潔玻璃。一般采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2膜的順序為:溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法是目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化和自清潔效果最為有效的自清潔玻璃生產(chǎn)的方法。煥夕刀配照棍屯鎂熾金橢枝敘稀主韓簽降稿剁練桶漱提悶挖肩豌懼夠亂微第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展1.2溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法是目前已經(jīng)12

先由含鈦化合物溶液制備TiO2溶膠,然后將溶膠涂布于玻璃表面,在玻璃表面TiO2的溶膠經(jīng)過自然揮發(fā)或熱處理進(jìn)行凝膠,并在玻璃表面固化成型。一般溶膠-凝膠法得到的納米TiO2都是銳鈦型,所以其光催化效率最高。而經(jīng)過干燥或鋼化處理的玻璃膜由于其中有機(jī)物的氣化揮發(fā)使膜表面呈多孔狀態(tài),光催化效率更好宋鑼煎火曬束瘡蠟防涎氓瓊僳脈荊豢侖之高內(nèi)敬喀擦漏劑蒼并晦暫鄒耗綸第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展先由含鈦化合物溶液制備TiO2溶膠,然后將溶膠涂13溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法發(fā)展簡史:

1995年美國的Paz和Lou制備了玻璃上的光氧化自清潔透明TiO2膜,研究發(fā)現(xiàn)用溶膠-凝膠法在鈉鈣玻璃和石英上可得到具有光催化活性并且透過率很高的膜。1999年,多個家國等采用溶膠凝膠法對有關(guān)自清潔玻璃的制備、表征、改性等進(jìn)行了大量的研究,并有大量相關(guān)研究論文發(fā)表。輯捷禱疵咆老徐李穿鬧份酗捷淹敏貨緬乙騷拼幻充礁又餃堵安羞窖幌凜逸第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法發(fā)展簡史:輯捷禱疵咆老徐李穿鬧份酗捷142000年,日本soda公司Shigemichi與日本東京大學(xué)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)中心ToshiyaWatanabe等合作采用溶膠-凝膠法在鈉鈣玻璃上制備納米TiO2膜,并對納米TiO2膜光催化活性和光致超親水性進(jìn)行了細(xì)致的研究。2003年,任達(dá)森采用溶膠-凝膠法制備了SiO2/TiO2鍍膜玻璃,并研究其光催化性能。擲靡泛沼邪逗恃屠睹牽晝菏季怪暑燼完沖銀鷹烙王選酌贓孽鮮實長隔甭引第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展2000年,日本soda公司Shigemichi15

2004年,土耳其伊斯坦布爾科技大學(xué)SamED等研究了用溶膠-凝膠法在鈉鈣玻璃上制備TiO2自清潔玻璃,并對納米TiO2表面粗糙度、膜厚度、膜層數(shù)對光催化活性的影響等進(jìn)行了研究侯梅芳、曾妙莊、趙修建、周永文、王玉震、仁達(dá)森等等用溶膠-凝膠法制備了摻Nd3+的TiO2光催化薄膜。謊癌陣伐漚伙譬莫位撣往詠猿翻夕陷蒙領(lǐng)弘人躬秀譽(yù)撤按童渺粵赦風(fēng)衰煌第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展2004年,土耳其伊斯坦布爾科技大學(xué)SamED16溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法優(yōu)點：

低溫也可以得到自清潔玻璃,通過調(diào)整原料溶液的組成、PH值、反應(yīng)溫度和干燥時間等因素可以容易調(diào)整材料的微孔徑大小及分布和結(jié)晶體在材料內(nèi)的排列狀況,得到理想的膜材料。缺點：性能控制不精確溶膠-凝膠燒結(jié)法在規(guī)模化生產(chǎn)中可能出現(xiàn)涂布不均的情況,而且凝膠的制備的熱處理參數(shù)的控制對凝膠的性質(zhì)影響太大。霓江殊邀殊衍當(dāng)麗貸粗桔碘末墩閏緯牙販豎薔鵑渺只柑緩懾糟鄂妮戎偶倦第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展溶膠-凝膠高溫?zé)Y(jié)法優(yōu)點：霓江殊邀殊衍當(dāng)麗貸粗桔碘末墩閏緯牙171-3磁控濺射法磁控濺射法是薄膜物理氣相沉積(PVD)的一種方法,是與化學(xué)氣相沉積相聯(lián)系又截然不同的一類薄膜沉積技術(shù)在環(huán)狀磁場控制下的輝光放電條件下,利用氣體放電產(chǎn)生的正離子,在電場作用下加速成為高能粒子,撞擊固體膜層材料的表面,進(jìn)行能量和動量交換后,膜層材料的原子或分子在轟擊下離開表面并沿著一定的方向濺射向襯底,從而實現(xiàn)在襯底上薄膜的沉積哲想裝寒寬岡道譚毅煥袱含芳廷艦惜棱恿蒙蘆靶將覓偉漳隧阿啟距茹糧忻第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展1-3磁控濺射法磁控濺射法是薄膜物理氣相沉積(18物理氣相沉積(PVD)：

1999年,董昊等采用直流磁控濺射方法制備TiO2玻璃并研究了其光催化性能2003年,Okada等以導(dǎo)電玻璃為襯底,用直流磁控濺射法,以金屬Ti為靶電極,在O2(13%Ar)的氣氛中沉積了純TiO2薄膜,最后用離子轟擊表面得到N摻雜的TiO2薄膜

碑瞪履問拱戒睡韶鬧雛鍵睬疊組驗疏她忱呂淘裙起筍煩雹夫訛撥充紀(jì)巋韌第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展物理氣相沉積(PVD)：碑瞪履問拱戒睡韶鬧雛鍵睬疊組驗疏她192004年,德國Zywitzki等研究脈沖磁控濺射法沉積制備納米TiO2晶體膜的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系,發(fā)現(xiàn)脈沖形式對TiO2結(jié)構(gòu)有一定影響Torres、王浩、唐振方等利用直流磁控濺射,通過控制Ar、O2、N2比例制備N摻雜的TiO2薄膜,并研究了它在水解液中的光催化活性。斜膨愧梅迷熱懊墻揀省際坊刁暑烴唉疏策盧拄泛婪遜搞流遣筍伺追馱巨盼第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展2004年,德國Zywitzki等研究脈沖磁控濺射20磁控濺射特點優(yōu)點：是一種新型、低溫濺射鍍膜方法,得到的膜層純度高,膜厚可控,重復(fù)性好,而且膜層與基片的的附著力強(qiáng)。缺點：該方法還不適于大量生產(chǎn),該法鍍膜效率低,而且膜厚達(dá)不到要求的光催化效果。彌頒步床矣莖看禿詳享慶銳眨硅狽多施粳鹽靛軋敗謾屬祝授峨俞職悉猜帝第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展磁控濺射特點彌頒步床矣莖看禿詳享慶銳眨硅狽多施粳鹽靛軋敗謾屬212超疏水性自清潔玻璃通常,有機(jī)自清潔玻璃都是超疏水的,利用超疏水技術(shù)使得玻璃表面產(chǎn)生超疏水和超疏油的特殊表面,使處在玻璃表面的水無法吸附在玻璃表面而變?yōu)榍驙钏闈L走親水性污漬和親油性污漬無法粘附于玻璃表面,從而保證了玻璃的自清潔。酷拷億輛圣載宵絕韭巍圃尿皋哆拴嗽雅軌嚷蹦嚷肢詠譽(yù)旭殊錢詫芬闖媽戎第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展2超疏水性自清潔玻璃通常,有機(jī)自清潔玻璃都是超疏22疏水自清潔玻璃大多模仿荷葉的自清潔效果,在玻璃表面鍍一層疏水膜制備而成的這種疏水膜可以是超疏水的有機(jī)高分子氟化物、硅化物和其他高分子膜,也可以是具有一定粗糙度的無機(jī)金屬氧化物膜杭花喊楞鳥蹋奶紊監(jiān)懇弄過譽(yù)叢項凰秋涉郊屋漣隕菠蜂舵徽購瞻本腹柴糟第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展疏水自清潔玻璃大多模仿荷葉的自清潔效果,在玻璃表面鍍一232001年德國Reihs等用有機(jī)高分子材料制備出一種具有光性能的持久性憎水自清潔鍍膜玻璃,其親水角大于150°,滾動角小于10°,并研究了表面膜結(jié)構(gòu)對表面潤濕性、光散射和化學(xué)老化等因素的影響專利方面,陸明業(yè)等申請了疏水玻璃的專利,通過沉積膜技術(shù)在玻璃表面鍍納米材料疏水膜但是由于疏水玻璃的時效性差,無法保證玻璃產(chǎn)品作為耐用消費品的長期使用壽命,從而無法保證真正意義上的自清潔效果,目前該問題還有待解決久頹陶跡腳來橋尊偉繹例肘角掃詭診團(tuán)脫莆焊泡敬宛龜糯粱雨蹬坤塵輾閑第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展第七章自清潔玻璃的研究進(jìn)展2001年德國Reihs等用有機(jī)高分子材料制備出243自清潔玻璃的應(yīng)用領(lǐng)域及

今后發(fā)展方向

自清潔玻璃的研發(fā)和制備對發(fā)展新的生態(tài)建筑材料和環(huán)境協(xié)調(diào)型材料,保護(hù)環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義這類新型功能材料的使用面極廣,具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景,可廣泛應(yīng)用在與人們生活環(huán)境相關(guān)