超亲水TiO2和TiO2-SiO2表面的动态润湿性

1997年, Fujishima研究组[1]发现TiO2表面经UV光照射能产生较强的亲水性, 同时具有较高的亲油性, 即经UV光照射后的TiO2表面具有超双亲的性质. 这种防雾和自清洁性在工业上应用广泛, 已引起了人们的极大兴趣[2～5]. 进一步的研究发现, 超亲水的TiO2表面在暗处放置会变为疏水表面. 对于这个问题, 除了可以通过UV光照[6]、氩离子或电子束溅射[6]和高温热处理[5]等恢复其超亲水性外, 还可以通过添加摩尔分数为10%～30%的SiO2有效地降低TiO2表面的接触角, 提高UV光诱导的超亲水表面在暗处的稳定性能[3]. 另外, 诱导TiO2的亲水性需要较强的UV线强度(如太阳光), 使它在室内应用受到限制. 为了在室内实现TiO2的自清洁功能, Watanabe等[4]发现在TiO2中添加WO3可使TiO2在室内的照明光下也能实现亲水性转变. 以上这些研究成果为TiO2在工业和生活上的实际应用提供了重要的科学依据. 然而, TiO2的防雾和自清洁功能的实现同时也受其动力学性质的制约.

Dynamic Wettability of Superhydrophilic TiO2 and TiO2-SiO2 Surfaces

The dynamic wetting of water spreading on TiO2 and TiO2 SiO2 films prepared by sol gel method and subsequently treated by air plasma and UV irradiation was investigated. Water completely spread on TiO2 surface within 3 s and its dynamic contact angles can be expressed by a power law θd= k(t+a)-n with the n value 0.98. Less than 50%(molar fraction) SiO2 addition can accelerate the dynamic water spreading rate on the TiO2 SiO2 films and the optimum molar fraction of SiO2 amount corresponding to as annealed, air plasma, and UV irradiation treatment process is 15%, 10% and 20%, respectively.