이산화티타늄 표면 초친수성 원리
일반적으로 TiO2 코팅 표면은 물과의 접촉각이 큽니다. 그러나 UV 조사 후 물의 접촉각은 5도 미만 또는 0도까지 감소합니다(즉, Tio2 표면에서 물방울이 완전히 확산됨). 매우 강한 친수성을 나타낸다. 빛이 멈춘 후. 표면의 초친수성은 수시간 내지 약 1주일 동안 유지될 수 있다. 그런 다음 천천히 조사하기 전에 소수성 상태로 돌아갑니다. UV 광으로 재조사. 포크는 초친수성일 수 있으며 간헐적인 UV 조사는 표면의 초친수성 상태를 유지할 수 있습니다.
처음에는 TiO2 표면의 초친수성이 표면에 흡착된 유기 분자의 광촉매 분해 반응에서 시작한다고 믿었습니다. TlO2 표면에 화학 흡착된 물 자체는 친수성입니다. 그리고 공기 중의 유기물 흡착으로 표면을 소수성으로 만든다. 자외선 조사에서. 표면은 강한 산화 활성 수산기를 생성하고, 소수성 유기물은 광촉매 분해 반응을 통해 활성 수산기에 의해 산화 분해된다. 따라서 표면은 친수성이 됩니다. 빛이 멈추면 유기물은 TiO2 표면에 천천히 흡착되어 소수성 상태로 돌아갑니다.
그러나 추가 연구에 따르면 TiO2 표면의 초친수성은 TiO2의 광촉매 산화 분해 특성과 다릅니다. 오히려 이것은 TiO2 표면 자체의 빛에 의해 유도되는 또 다른 반응입니다. 그 이유는 다음과 같다. ① TiO2 표면의 초친수성 정도는 유기물의 광분해 효율과 무관하다. 광촉매 활성이 없거나 매우 낮은 일부 TiO2 단결정 또는 다결정에서 초친수성 특성이 관찰됩니다. ② 일부 금속 이온(예: 구리) 도핑은 TiO2의 광촉매 산화 반응을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 TiO2 표면의 초친수성을 감소시킵니다. (3) 다공성 TiO2 표면과 달리 광촉매 산화 반응에 필요한 반응 면적이 가장 크다. 매끄럽고 조밀한 표면은 초친수성 특성에 더 도움이 됩니다. ④ TiO2의 표면도 UV 조사 후 오일에 대한 친화력이 크며 정상적인 조건에서 에틸렌 글리콜 헥사데칸 및 글리세릴 트리올레이트와 같은 유성 마케터는 TiO2 표면과 큰 접촉각을 가집니다. 그러나 UV 조사 후 이러한 액체는 유리 코팅 표면에 완전히 스며들게 됩니다. 즉, UV 조사 후 TiO2 표면은 물-기름 이중 친화력을 가집니다.
현재 연구는 그렇게 결론지었습니다. 광 조건에서 TiO2 표면의 초친수성은 표면 중공의 변화에 의해 응고됩니다. TiO2의 가전자대에 있는 전자는 UV 조사 조건에서 전도대로 여기됩니다. 전자와 정공은 TiO2 표면으로 이동하여 표면에 전자-정공 쌍을 생성합니다. 전자는 Ti4 플러스 와 반응합니다. 정공은 표면 가교 산소 이온과 반응하여 각각 양의 3가 티타늄 이온과 산소 결손을 형성합니다. 이때. 공기 중의 물은 해리되어 산소 빈자리에 흡착됩니다. 화학 흡착수(표면 하이드록실 팩시밀리)가 됩니다. 화학 흡착된 물은 공기 중의 물을 추가로 흡착하여 물리적 흡착층이 될 수 있습니다. 즉, Ti3 plus 결함 주변에 친수성이 높은 엠블럼 존이 형성된다. 표면의 나머지 영역은 소수성을 유지하므로 TiO2 표면은 2차원 모세관 현상과 유사하게 균일하게 분리된 나노 크기의 친수성 및 친유성 엠블럼 영역을 구성합니다. 물 또는 기름 방울의 크기가 친수성 또는 친유성 영역보다 훨씬 크기 때문에 거시적인 TiO2 표면은 친수성 및 친유성 특성을 나타냅니다. 물방울 또는 오일 방울은 각각 친수성 마이크로 영역 또는 친유성 엠블럼 영역에 흡착됩니다. 따라서 표면이 침투됩니다. UV 조사를 중단하면 화학적으로 흡수된 하이드록실 그룹이 공기 중의 산소로 대체되어 다시 소수성 상태로 돌아갑니다.
