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1、自清洁玻璃的研究进展 Self-cleaning glass 刨 航 寡 赶 心 酣 盂 扬 挑 幕 市 琢 码 蛀 子 扰 胆 胖 冶 版 脊 午 糙 后 流 卤 塌 剩 弱 阉 品 墓 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 所谓自清洁玻璃,是指普通玻璃在经过特 殊的物理或化学方法处理后,其表面产生独 特的物理化学特性,从而使玻璃不再通过传 统的人工擦洗方法而在自然雨水的冲刷下 达到清洁一新的状态。 务 猪 郴 忠 雨 峙 味 伙 末 魔 成 瘫 佬 整 秸 珐 蜗 撞 仕 习 怔 货 赘 号 洽 胀 躺 读 店 雷 健 房
2、第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 自清洁玻璃按亲水性分类 超亲水性自清洁玻璃 超疏水性自清洁玻璃 旁 透 击 巡 雨 校 胞 留 戍 筷 李 卷 翅 舜 咳 囊 往 碳 名 酪 撑 荐 陛 劲 叙 尤 昏 层 幅 顿 管 型 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 宝 屠 啸 轴 婚 劲 尚 瘤 跳 琉 蕴 校 延 冬 兑 臭 弃 枫 沈 徊 洱 睫 柔 斤 捷 保 兼 恢 逛 煤 羽 盆 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清
3、洁 玻 璃 的 研 究 进 展 1 超亲水性自清洁玻璃 具有超亲水性的自清洁玻璃从材质方面看来 一般都是无机材料组成的膜,如: TiO2 、 SnO2 等 但目前已经投入使用和研究开发的自清洁玻 璃的表面功能膜材料主要是TiO2 以及 TiO2 与其他金属、金属氧化物或其他元素掺杂 的复合物。 润 裙 躬 阀 宦 诞 殿 动 拐 揪 摄 纠 杰 搀 泊 养 吸 滑 伞 迪 疡 堵 虎 缚 雀 介 审 唆 幕 遮 苯 癌 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 超亲水性自清洁玻璃的自清洁功能表现为两方面: 一是靠其表面对水的亲和性,
4、使水的液滴在玻璃材 料表面上的接触角趋于零 二是光催化分解有机物的能力, TiO2 在紫外光或 可见光照射下,当照射光子的能量大于或者等于其 能带宽度的时候,介带中的电子被激发,越过价带进 入导带,在导带和价带上形成电子- 空穴对,电子、 空穴具有不同的活性 分别与吸附在TiO2表面的有机物质发生氧化还原 反应,生成水和CO2 ,从而达到降解有机物的目的 。 某 堪 钮 牡 莉 瞄 拧 笨 铃 红 咬 或 黄 嚷 骋 乱 雪 雪 趣 现 同 介 况 鞠 官 肪 钡 甘 砸 椰 蜡 吊 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 目前工
5、业化生产的制备超亲水性自清洁玻璃的方 法主要 包括了化学气相沉积法(CVD) 、 溶胶凝胶高温烧结法( Sol-Gel) (Sol-gel high temperature sintering process) 磁控溅射法(Magnetron Sputter Plating ) 三种方法分别进行介绍 历 账 耳 膛 这 叉 脱 媚 爆 次 江 密 移 珐 多 地 咨 臼 遵 郊 与 苛 段 唐 毕 臣 鞭 呕 陆 氰 乌 腹 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 1.1 化学气相沉积法 化学气相沉积法是最早进行研究和在生产线上
6、使用的自清洁玻璃制备方法,目前国际上有影响的 几条自清洁玻璃生产线都用这种方法进行生产 英国的Pilkington 公司、美国的PPG公司、法 国圣戈班集团、日本旭硝子公司和中国耀华公司 都采用这种方法生产自清洁玻璃。 铺 位 钉 喇 巷 钦 萎 媚 岁 编 丘 评 渊 粥 甲 暮 片 镶 褪 耿 躇 拇 猖 趴 训 昌 圃 抒 匀 卡 插 训 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 CVD发展简史 2002 年英国Pilkington 公司利用CVD 技术沉 积制造出了世界第一块应用型自清洁玻璃,并已推 广应用 2002 年,古
7、巴哈瓦那大学的Zumeta 和西班牙巴 塞罗那大学Ayllon等合作研究了以微波活化沉积 化学法在导电ITO 涂层上制备纳米TiO2 薄膜。 2003 年,英国Pilkington 公司的Sanderson采用 APCVD 方法制备了TiO2 自清洁玻璃。 国内的专利方面, 目前有张敬畅、吴兴惠等申 请了使用CVD 法制备TiO2 自清洁玻璃的专利。 车 纽 卵 赞 隧 泥 朝 彩 谈 顿 裳 媚 篇 丹 袜 惫 搔 骆 媒 曹 企 挺 袱 趟 藻 晴 敦 椭 童 妹 框 浴 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 化学气相沉积法
8、实质上是把含有构成薄膜元素 的一种或 几种化合物的单质或气体供给基板,借助 气相反应,在基片表面上反应生成薄膜的方法。 按反应方式,它分为两种形式: 一种是热分解反应沉积,利用化合物受热分解的 性质,在基片表面得到TiO2 固态膜。 另一种是化学反应沉积,通过两种或两种以上气 体物质在加热的基片表面进行化学反应而沉积成 TiO2 固态膜。 季 棕 娟 筛 牛 寝 铰 忽 戚 要 囊 蹋 篓 暇 舶 彰 椿 隅 磅 证 穷 猎 症 居 短 湃 义 剃 塞 痘 捉 纺 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 一是制备的膜纯度高,致密性
9、好,容易形成良好的结 晶材料。 在沉积反应过程中,通过改变或调整参加化学反应 的组成,就能方便地控制沉积物的成分和特征,制得 各种不同的功能的薄膜和材料。 二是一旦工艺控制参数确定,可以规模化连续生产, 工艺上易于控制,产品质量稳定。 但化学气相沉积法也有个缺点,设备要求高,成本高 ,导致生产成本高 化学气相沉积法的优点有以下两点 喂 保 炭 智 酚 辩 仙 兑 泪 怠 辰 触 俭 翱 锈 衡 皱 践 纵 椭 伪 欺 掐 辖 做 轴 亡 运 洱 填 驾 峭 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 1.2 溶胶-凝胶高温烧结法 溶胶
10、-凝胶高温烧结法:从溶液出发,经过溶液的溶 胶化、凝胶化后,在低温条件下制备出纳米薄膜,然 后对玻璃进行镀膜与钢化得到自清洁玻璃。 一般采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2 膜的顺序为: 溶胶-凝胶高温烧结法是目前已经产业化和自清洁 效果最为有效的自清洁玻璃生产的方法。 焕 夕 刀 配 照 棍 屯 镁 炽 金 椭 枝 叙 稀 主 韩 签 降 稿 剁 练 桶 漱 提 闷 挖 肩 豌 惧 够 乱 微 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 先由含钛化合物溶液制备TiO2 溶胶,然后将溶 胶涂布于玻璃表面,在玻璃表面TiO2 的溶胶经过 自
11、然挥发或热处理进行凝胶,并在玻璃表面固化成 型。 一般溶胶-凝胶法得到的纳米TiO2 都是锐钛型, 所以其光催化效率最高。 而经过干燥或钢化处理的玻璃膜由于其中有机 物的气化挥发使膜表面呈多孔状态,光催化效率更 好 宋 锣 煎 火 晒 束 疮 蜡 防 涎 氓 琼 僳 脉 荆 豢 仑 之 高 内 敬 喀 擦 漏 剂 苍 并 晦 暂 邹 耗 纶 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 溶胶-凝胶高温烧结法发展简史: 1995 年美国的Paz 和Lou制备了玻璃上的光氧化 自清洁透明TiO2 膜,研究发现用溶胶-凝胶法在钠 钙玻璃和石英
12、上可得到具有光催化活性并且透过 率很高的膜。 1999 年,多个家国等采用溶胶凝胶法对有关自清 洁玻璃的制备、表征、改性等进行了大量的研究, 并有大量相关研究论文发表。 辑 捷 祷 疵 咆 老 徐 李 穿 闹 份 酗 捷 淹 敏 货 缅 乙 骚 拼 幻 充 礁 又 饺 堵 安 羞 窖 幌 凛 逸 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 2000 年,日本soda 公司Shigemichi 与日本东京 大学先进科学技术中心Toshiya Watanabe 等合作 采用溶胶-凝胶法在钠钙玻璃上制备纳米TiO2 膜, 并对纳米TiO2
13、膜光催化活性和光致超亲水性进行 了细致的研究。 2003 年,任达森采用溶胶-凝胶法制备了SiO2 / TiO2 镀膜玻璃,并研究其光催化性能。 掷 靡 泛 沼 邪 逗 恃 屠 睹 牵 昼 菏 季 怪 暑 烬 完 冲 银 鹰 烙 王 选 酌 赃 孽 鲜 实 长 隔 甭 引 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 2004 年,土耳其伊斯坦布尔科技大学Sam E D 等研究了用溶胶-凝胶法在钠钙玻璃上制备TiO2 自 清洁玻璃,并对纳米TiO2 表面粗糙度、膜厚度、膜 层数对光催化活性的影响等进行了研究 侯梅芳、曾妙庄、赵修建、周永
14、文、王玉震、 仁达森等等用溶胶-凝胶法制备了掺Nd3+ 的TiO2 光催化薄膜。 谎 癌 阵 伐 沤 伙 譬 莫 位 掸 往 咏 猿 翻 夕 陷 蒙 领 弘 人 躬 秀 誉 撤 按 童 渺 粤 赦 风 衰 煌 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 溶胶-凝胶高温烧结法优点： 低温也可以得到自清洁玻璃,通过调整原料溶液 的组成、PH 值、反应温度和干燥时间等因素可 以容易调整材料的微孔径大小及分布和结晶体在 材料内的排列状况,得到理想的膜材料。 缺点：性能控制不精确 溶胶-凝胶烧结法在规模化生产中可能出现 涂布不均的情况,而且凝胶
15、的制备的热处理参数的 控制对凝胶的性质影响太大。 霓 江 殊 邀 殊 衍 当 丽 贷 粗 桔 碘 末 墩 闰 纬 牙 贩 竖 蔷 鹃 渺 只 柑 缓 慑 糟 鄂 妮 戎 偶 倦 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 1-3 磁控溅射法 磁控溅射法是薄膜物理气相沉积( PVD) 的一种 方法,是与化学气相沉积相联系又截然不同的一类 薄膜沉积技术 在环状磁场控制下的辉光放电条件下,利用气体 放电产生的正离子,在电场作用下加速成为高能粒 子,撞击固体膜层材料的表面,进行能量和动量交换 后,膜层材料的原子或分子在轰击下离开表面并沿 着一
16、定的方向溅射向衬底,从而实现在衬底上薄膜 的沉积 哲 想 装 寒 宽 冈 道 谭 毅 焕 袱 含 芳 廷 舰 惜 棱 恿 蒙 芦 靶 将 觅 伟 漳 隧 阿 启 距 茹 粮 忻 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 物理气相沉积( PVD)： 1999 年,董昊等采用直流磁控溅射方法 制备TiO2 玻璃并研究了其光催化性能 2003 年,Okada等以导电玻璃为衬底,用 直流磁控溅射法,以金属Ti 为靶电极,在O2 (13 %Ar) 的气氛中沉积了纯TiO2 薄膜,最后 用离子轰击表面得到N 掺杂的TiO2 薄膜 碑 瞪 履 问
17、 拱 戒 睡 韶 闹 雏 键 睬 叠 组 验 疏 她 忱 吕 淘 裙 起 笋 烦 雹 夫 讹 拨 充 纪 岿 韧 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 2004 年,德国Zywitzki等研究脉冲磁控溅 射法沉积制备纳米TiO2 晶体膜的结构与性 能关系,发现脉冲形式对TiO2 结构有一定影 响 Torres、王浩、唐振方等利用直流磁控 溅射,通过控制Ar 、O2 、N2 比例制备N 掺 杂的TiO2 薄膜,并研究了它在水解液中的光 催化活性。 斜 膨 愧 梅 迷 热 懊 墙 拣 省 际 坊 刁 暑 烃 唉 疏 策 卢 拄 泛
18、婪 逊 搞 流 遣 笋 伺 追 驮 巨 盼 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 磁控溅射特点 优点：是一种新型、低温溅射镀膜方法,得到的 膜层纯度高,膜厚可控,重复性好,而且膜层与基片 的的附着力强。 缺点：该方法还不适于大量生产,该法镀膜效率 低,而且膜厚达不到要求的光催化效果。 弥 颁 步 床 矣 茎 看 秃 详 享 庆 锐 眨 硅 狈 多 施 粳 盐 靛 轧 败 谩 属 祝 授 峨 俞 职 悉 猜 帝 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 2 超疏水性自清
19、洁玻璃 通常,有机自清洁玻璃都是超疏水的,利用 超疏水技术 使得玻璃表面产生超疏水和超疏油的特 殊表面,使处在玻璃表面的水无法吸附在玻 璃表面而变为球状水珠滚走 亲水性污渍和亲油性污渍无法粘附于玻 璃表面,从而保证了玻璃的自清洁。 酷 拷 亿 辆 圣 载 宵 绝 韭 巍 圃 尿 皋 哆 拴 嗽 雅 轨 嚷 蹦 嚷 肢 咏 誉 旭 殊 钱 诧 芬 闯 妈 戎 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 疏水自清洁玻璃大多模仿荷叶的自清洁效 果,在玻璃表面镀一层疏水膜制备而成的 这种疏水膜可以是超疏水的有机高分子 氟化物、硅化物和其他高分
20、子膜,也可以是 具有一定粗糙度的无机金属氧化物膜 杭 花 喊 楞 鸟 蹋 奶 紊 监 恳 弄 过 誉 丛 项 凰 秋 涉 郊 屋 涟 陨 菠 蜂 舵 徽 购 瞻 本 腹 柴 糟 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 2001 年德国Reihs 等用有机高分子材料制备出一种具 有光性能的持久性憎水自清洁镀膜玻璃,其亲水角大于 150,滚动角小于10,并研究了表面膜结构对表面润湿性、 光散射和化学老化等因素的影响 专利方面,陆明业等申请了疏水玻璃的专利,通过沉积膜 技术在玻璃表面镀纳米材料疏水膜 但是由于疏水玻璃的时效性差,无法保证
21、玻璃产品作为 耐用消费品的长期使用寿命,从而无法保证真正意义上的 自清洁效果,目前该问题还有待解决 久 颓 陶 迹 脚 来 桥 尊 伟 绎 例 肘 角 扫 诡 诊 团 脱 莆 焊 泡 敬 宛 龟 糯 粱 雨 蹬 坤 尘 辗 闲 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 3 自清洁玻璃的应用领域及 今后发展方向 自清洁玻璃的研发和制备对发展新的生态建筑 材料和环境协调型材料,保护环境和实现可持续发 展具有重要意义 这类新型功能材料的使用面极广,具有广阔的发 展和应用前景,可广泛应用在与人们生活环境相关 的玻璃和玻璃制品上。 轮 鲁 赏
22、 交 咱 缄 如 治 娥 扭 枯 怔 孤 匆 历 技 荫 筒 骏 胆 盈 炕 妹 芜 迟 胆 替 错 裳 旨 倦 愈 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 在紫外光照射下能够降解有机物,具有杀菌的效 果,可以用于医院手术仪器、厨房玻璃等; 其超亲水性使空气中的水蒸气不会凝结在玻璃 表面,可以用于汽车挡风玻璃及后视镜,浴室镜子, 眼睛镜片,仪器仪表玻璃等; 其自清洁性能使其广泛用于玻璃幕墙、门窗玻 璃、天窗玻璃、家电玻璃、灯具灯罩玻璃等 肌 澡 伴 传 趟 斗 恨 麦 鞘 领 蟹 黔 往 岂 绸 台 荷 资 隆 示 盲 抗 球 劈
23、 报 跳 鲸 郸 陵 哀 父 梆 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 目前自清洁玻璃的产业化受到了一些技术上的制约: 1）在可见光下的光催化效率太低、TiO2 膜的大面积制 备技术也不够成熟 此外,自清洁玻璃自清洁性能的持久性还有待提高。 许多研究机构也在对解决这些技术问题进行研究,今后 的自清洁玻璃将会朝着更高光催化效率,更稳定的自清洁 性能方向发展 2）自清洁玻璃的应用领域还可以不断的拓宽,如空气 净化、污水处理、光催化反应器和太阳能电池组件等 艇 诛 恕 林 檄 奸 铱 乞 孔 校 店 统 击 编 渍 掣 耙 男 糟 护 森 刀 文 斧 巩 受 窿 它 介 盆 骤 浅 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展 第 七 章 自 清 洁 玻 璃 的 研 究 进 展