Факторы, влияющие на супергидрофильность поверхностей TiO2
1. Время и интенсивность УФ-облучения
В целом размер гидрофильной зоны на поверхности TiO2 увеличивается, а размер липофильной зоны уменьшается по мере увеличения времени воздействия света. Увеличение размера гидрофильной зоны способствует улучшению гидрофильных свойств поверхности, а уменьшение размера липофильной зоны увеличивает силу капиллярного притяжения, что способствует расширению масла на поверхности TiO2. Когда гидрофильная и олеофильная зоны достигают критической точки, то есть двухфильное явление воды и масла может быть реализовано на одной и той же поверхности, контактный угол как воды, так и масла может достигать 0 градусов, и супер появляются гидрофильные и суперолеофильные характеристики; когда время воздействия света продолжает увеличиваться, размер гидрофильной зоны будет еще больше увеличиваться, и поверхность все еще может оставаться супергидрофильной, но угол контакта с маслом увеличивается; когда время воздействия УФ-света слишком велико, контактный угол между поверхностью и водой также увеличивается, то есть длительное УФ-облучение не приводит к тому, что поверхность становится более гидрофильной и липофильной.
Интенсивность УФ также влияет на супергидрофильные свойства поверхности TiO2. Если интенсивность УФ-излучения ниже 20 мВт/c㎡, длительное УФ-облучение не может сделать поверхность TiO2 гидрофильной, что в основном связано с низкой энергией УФ-излучения, которая не может возбудить скачок электрона валентной зоны TiO2, его также трудно сформировать состояние отсутствия соединения на поверхности.
2, поверхность кристалла TiO2
Исследование супергидрофильной поверхности монокристалла TiO2 показывает, что поверхность TiO2 [ll0) и поверхность (100), чем поверхность ({{10}}O1), более более восприимчивы к световому возбуждению, поэтому поверхность обладает супергидрофильными свойствами. Например, при освещении 40 мВт / см2, 10 мм в пределах (1l0) поверхности и (001) поверхности и контактном угле воды до 0 градусов. А поверхность (001) требуется 40 минут, что в основном связано с TiO2, каждая поверхность кристалла имеет различную координационную структуру титана. На грани кристалла (110) половина ионов титана находится в пятилигандной структуре, при этом торий-титан соединены друг с другом мостиковым кислородом, а другая половина находится в шестилигандной структуре. На кристаллической плоскости (100) все ионы титана находятся в пентакоординированной кислородной структуре отрыва, в то время как кристаллическая плоскость {001) находится в том же первоначальном расположении, что и внутренняя часть кристалла TiO2, при этом торий свободен в виде тетра- согласованная структура. По сравнению с другими структурами кислорода мостиковый кислород занимает более высокое положение на поверхности, энергетически более реакционноспособен и легче высвобождается при окислении с образованием кислородных вакансий на поверхности. Образование других кислородных дефектов вызовет большее искажение решетки и, следовательно, требует большей внешней энергии реакции.
3. Окружающая атмосфера
Монокристаллы TiO2(110) помещают в атмосферу воздуха и кислорода соответственно. При УФ-облучении краевой угол между поверхностью монокристалла и водой на воздухе быстро уменьшается, и за относительно короткий промежуток времени может быть достигнуто высокое гидрофильное состояние. В атмосфере кислорода краевой угол медленно уменьшается до 35 градусов при достижении насыщения. Аналогично гидрофилизированные поверхности кристаллов TiO2 могут сохранять гидрофильное состояние на воздухе в течение нескольких дней, а в атмосфере кислорода быстро переходят в гидрофобное состояние. В основном это связано с тем, что присутствие кислорода не способствует образованию кислородных вакансий, и не будет образовываться больше хемосорбированной воды на поверхности, генерируемая на поверхности хемосорбированная вода также будет замещаться кислородом и восстанавливать прежнее гидрофобное состояние, что не способствует созданию и поддержанию поверхностной гидрофильности.
4, термическая обработка
Поверхность гидрофобного TiO2 подвергается термообработке при 150 градусах, и поверхность постепенно становится гидрофильной с контактным углом O градусов с водой при температуре около 400 градусов. Это означает, что TiO2 проявляет хорошую гидрофильность. То есть показатели хорошей гидрофильности поверхности TiO2 до и после термообработки изменения смачиваемости водой могут быть обусловлены формированием одного и того же дефектного состояния поверхности при световых условиях облучения, то есть образованием нехимической доли TiO2 структура поверхности, которая способствует адсорбции воды, то есть использование термообработки также может стимулировать или восстанавливать супергидрофильность поверхности.
