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wudong863金蟲 (小有名氣)
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【討論】材料表面親水疏水機(jī)理的探討 已有16人參與
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材料的親水/疏水特性是我們生活中十分常見的現(xiàn)象。而超親水/超疏水的機(jī)理卻一直沒能十分肯定的給出答案，有可能是不同的材料以及表面特性產(chǎn)生這兩種現(xiàn)象原因也是不一樣的。自1995年，日本TOTO公司發(fā)現(xiàn)了TiO2的經(jīng)由紫外線照射可從疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水狀態(tài)以后，人們對(duì)這一可逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象的解釋便產(chǎn)生了濃厚的興趣。 后來到1997年，科學(xué)家又通過荷葉效應(yīng)揭示了表面浸潤理論（接觸角）對(duì)于親水疏水效應(yīng)的影響至關(guān)重要。但是這與TiO2的親水/疏水轉(zhuǎn)變的原因似乎又是不同的。 目前我們利用這些機(jī)理也制作處了很多超親水/疏水的材料、薄膜、粉體，比如納米粉添加劑、防水涂料、防水膜等等。 在這里我想就TiO2的超親水/疏水可逆轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，請(qǐng)教高人能否解釋下一般氧化物，特別是Al2O3,SiO2,ZnO等材料為什么沒有可逆轉(zhuǎn)的親水/疏水現(xiàn)象？ 同時(shí)不同晶態(tài)的Al2O3,SiO2,ZnO他們的親水疏水特性又是什么樣的？ 我們制備薄膜的時(shí)候，薄膜表面的粗糙度對(duì)于親水/疏水特性的影響有多大， 另外親水/疏水特性跟不同的晶態(tài)結(jié)構(gòu)的能級(jí)狀態(tài)有什么關(guān)系？ 希望有興趣的朋友一起討論！！  [ Last edited by wudong863 on 2010-8-3 at 16:24 ] |
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引用別人的分析： 最初認(rèn)為，TiO2表面的超親水性起因于表面吸附有機(jī)分子的光催化分解反應(yīng)。TiO2表面本身所具有的化學(xué)吸附水是親水性的，而吸附空氣中有機(jī)物后使表面疏水，紫外光照射下，表面生成強(qiáng)氧化性的·OH，疏水性的有機(jī)物通過光催化分解反應(yīng)被·OH氧化分解，從而使表面表現(xiàn)為親水性狀態(tài)；停止光照，有機(jī)物又會(huì)慢慢吸附在TiO2表面，回到疏水狀態(tài)。 但進(jìn)一步的研究表明，TiO2表面的超親水性不同于TiO2的光催化氧化分解特性，而是TiO2表面本身光誘發(fā)的另一種反應(yīng)。這是因?yàn)椋?br /> (1) TiO2表面超親水程度與有機(jī)物的光分解效率無關(guān)，在一些完全沒有光催化活性或光催化活性很低的TiO2單晶或多晶表面均觀察到了超親水特性。 (2) 一些金屬離子（如銅）摻雜可提高TiO2的光催化氧化反應(yīng)，但卻降低了TiO2表面的超親水特性。 (3) 紫外光照射后，TiO2表面對(duì)油也具有很大的親和性，在正常條件下，油性液體如乙二醇、十六烷、三油酸甘油酯等與TiO2表面有較大的接觸角，但經(jīng)紫外光照射后，這些液體也會(huì)完全浸潤在玻璃鍍膜表面，即紫外光照射后，TiO2表面具有水油雙親性[2]。 目前的研究則認(rèn)為，在光照條件下，TiO2表面的超親水性起因于其表面結(jié)構(gòu)的變化。在紫外光照射下，TiO2價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，電子和空穴向TiO2表面遷移，在表面生成電子—空穴對(duì)，電子與Ti4+反應(yīng)，空穴則與表面橋位氧（示意圖見圖1.1）反應(yīng)，分別形成正三價(jià)的鈦離子和氧空位。此時(shí)，空氣中的水解離吸附在氧空位中，成為化學(xué)吸附水（表面羥基），化學(xué)吸附水可進(jìn)一步吸附空氣中的水分，形成物理吸附層，即在Ti3+缺陷周圍形成高度親水的微區(qū)，而表面剩余區(qū)域仍保持疏水性，這樣就在TiO2表面構(gòu)成了均勻分布的納米尺寸分離的親水和親油微區(qū)，類似于二維的毛細(xì)管現(xiàn)象。由于水或油性液滴尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于親水或親油區(qū)面積，故宏觀上TiO2表面表現(xiàn)出親水和親油特性。滴下的水或油分別被親水微區(qū)或親油微區(qū)所吸附，從而浸潤表面。停止紫外光照射后，化學(xué)吸附的羥基被空氣中的氧取代，重又回到疏水性狀態(tài) |
9樓2010-08-04 07:06:57
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wudong863(金幣+1):非常感謝，您看來對(duì)這個(gè)領(lǐng)域非常熟悉 2010-08-04 07:17:28
wudong863(金幣+1):謝謝參與
wudong863(金幣+1):非常感謝，您看來對(duì)這個(gè)領(lǐng)域非常熟悉 2010-08-04 07:17:28
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據(jù)我所知，親水疏水主要是表面化學(xué)能的影響，而超疏水則意味著Cassie-Baxter狀態(tài)，必須有足夠高的微納米級(jí)別深寬比，使得空氣能支撐大部分液滴。至于超疏水超親水的轉(zhuǎn)換，則是C-B狀態(tài)到Wenzel狀態(tài)的熱力學(xué)不可逆過程。TiO2的親水/疏水轉(zhuǎn)變大概是表面能改變引起的這種transition，并無特殊之處。Al2O3,SiO2,ZnO只是沒有類似光照引起表面能變化的機(jī)理，但是只要加熱或是用其他方式，照樣可以。 找最近幾篇langmuir文章來看，討論這類問題的一大把。 |
6樓2010-08-03 22:47:41
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