Einflussfaktoren für die Superhydrophilie von TiO2-Oberflächen
1. UV-Licht-Bestrahlungszeit und -intensität
Im Allgemeinen nimmt die Größe der hydrophilen Zone auf der TiO2-Oberfläche zu und die Größe der lipophilen Zone ab, wenn die Belichtungszeit zunimmt. Die Vergrößerung der hydrophilen Zone trägt zur Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften der Oberfläche bei, und die Verringerung der Größe der lipophilen Zone erhöht die kapillare Gravitationskraft, was der Ausdehnung von Öl auf der TiO2-Oberfläche förderlich ist. Wenn die hydrophilen und oleophilen Zonen den kritischen Punkt erreichen, das heißt, das Zwei-Philie-Phänomen von Wasser und Öl kann auf derselben Oberfläche realisiert werden, der Kontaktwinkel von Wasser und Öl kann 0 Grad erreichen, und das Super hydrophile und superoleophile Eigenschaften treten auf; wenn die Belichtungszeit weiter zunimmt, nimmt die Größe der hydrophilen Zone weiter zu und die Oberfläche kann immer noch superhydrophil bleiben, aber der Kontaktwinkel mit Öl nimmt zu; wenn die UV-Lichteinwirkungszeit zu lang ist, nimmt auch der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche und dem Wasser zu, d. h. die lange UV-Bestrahlung bewirkt nicht, dass die Oberfläche hydrophiler und lipophiler wird.
Die UV-Intensität beeinflusst auch die superhydrophilen Eigenschaften der TiO2-Oberfläche. Wenn die UV-Intensität niedriger als 20 mW/c㎡ ist, kann die langzeitige UV-Bestrahlung die TiO2-Oberfläche nicht hydrophil machen, was hauptsächlich auf die geringe UV-Energie zurückzuführen ist, die den TiO2-Valenzband-Elektronensprung nicht anregen kann, es ist auch schwierig zu bilden das Fehlen des Oberflächenübergangszustands.
2, TiO2-Kristalloberfläche
TiO2 verschiedene Einkristalloberflächen superhydrophile Untersuchungen zeigen, dass TiO2 [ll0) Oberfläche und (100) Oberfläche als ({{10}}O1) Oberfläche ist anfälliger für Lichtanregung, so dass die Oberfläche superhydrophile Eigenschaften hat. Wie bei 40 mW / cm2 Licht, l0 mm innerhalb der (1l0) Oberfläche und (001) Oberfläche und dem Kontaktwinkel von Wasser bis zu 0 Grad. Und die (001)-Oberfläche benötigt 40 Minuten, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass TiO2 jede Kristalloberfläche eine andere Titan-Koordinationsstruktur hat. Auf der (110)-Kristallfläche befindet sich die Hälfte der Titanionen in einer Fünf-Liganden-Struktur, wobei Thorium ein Titan ist, das durch verbrückenden Sauerstoff miteinander verbunden ist, und die andere Hälfte in einer Sechs-Liganden-Struktur. Auf der (100)-Kristallebene befinden sich alle Titanionen in einer fünffach koordinierten Lift-off-Sauerstoffstruktur, während die {001)-Kristallebene dieselbe ursprüngliche Anordnung wie das Innere des TiO2-Kristalls aufweist, wobei das Thorium frei als Tetra- abgestimmte Struktur. Im Vergleich zu anderen Sauerstoffstrukturen hat der Brückensauerstoff eine höhere Position an der Oberfläche, ist energetisch reaktiver und wird leichter durch Oxidation unter Bildung von Oberflächensauerstoffleerstellen freigesetzt. Die Bildung anderer Sauerstoffdefekte verursacht eine größere Gitterverzerrung und erfordert daher eine größere externe Reaktionsenergie
3. Umgebungsatmosphäre
Die TiO2(110)-Einkristalle werden in Luft- bzw. Sauerstoffatmosphäre platziert. Unter UV-Bestrahlung wird der Kontaktwinkel zwischen der Einkristalloberfläche und Wasser in Luft schnell reduziert und ein stark hydrophiler Zustand kann in relativ kurzer Zeit erreicht werden. In der Sauerstoffatmosphäre nimmt der Kontaktwinkel bei Erreichen der Sättigung langsam auf 35 Grad ab. In ähnlicher Weise können hydrophilisierte TiO2-Kristalloberflächen an Luft mehrere Tage lang einen hydrophilen Zustand beibehalten, während sie in einer Sauerstoffatmosphäre schnell in einen hydrophoben Zustand übergehen. Dies liegt vor allem daran, dass das Vorhandensein von Sauerstoff der Erzeugung von Sauerstoffleerstellen nicht förderlich ist und kein chemisorbiertes Wasser mehr in der Oberfläche bilden wird, das von der Oberfläche erzeugte chemisorbierte Wasser ebenfalls durch Sauerstoff ersetzt wird und den vorherigen hydrophoben Zustand wiederherstellt, der ist der Erzeugung und Aufrechterhaltung von Oberflächenhydrophilie nicht förderlich.
4, Wärmebehandlung
Das oberflächenhydrophobe TiO2 wird bei 150 Grad wärmebehandelt und die Oberfläche wird allmählich hydrophil, mit einem Kontaktwinkel von 0 Grad mit Wasser bei etwa 400 Grad. Das bedeutet, dass das TiO2 eine gute Hydrophilie aufweist. Das heißt, die Leistung einer TiO2-Oberfläche mit guter Hydrophilie vor und nach der Wärmebehandlung von Wasserbenetzbarkeitsänderungen kann auf die Bildung des gleichen Oberflächendefektzustands unter Lichtbestrahlungsbedingungen zurückzuführen sein, dh die Bildung eines nichtchemischen Anteils des TiO2 Oberflächenstruktur, die der Adsorption von Wasser förderlich ist, dh die Verwendung von Wärmebehandlung kann auch die superhydrophile Oberfläche stimulieren oder wiederherstellen.
