與國際頂尖實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研制對(duì)接，國內(nèi)唯一成熟掌握超親水技術(shù)“碧然原子材料技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”技術(shù)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)超親水納米涂層產(chǎn)品化。

超親水技術(shù)

    日本東京大學(xué)的Wang 等發(fā)現(xiàn)納米TiO2在UV 光照射下表現(xiàn)出超親水性。納米TiO2薄膜最初的接觸角為幾十度，經(jīng)紫外光照射后接觸角降低，水直接平鋪在了薄膜上，接觸角接近于0°。將納米TiO2涂層玻璃暴露在水蒸汽中時(shí)，這種潤濕性的變化更明顯。在沒有UV 光照射時(shí)，被激活的表面發(fā)生反轉(zhuǎn)，接觸角重新變?yōu)閹资?將表面再次暴露在UV光下其親水性可以再次恢復(fù)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，紫外光的照射可以使TiO2表現(xiàn)出高親油性，這就是納米TiO2獨(dú)特的兩親性質(zhì)。Hasan 和Kavich 等發(fā)現(xiàn)在連續(xù)10 h 的紫外光照射下，納米TiO2的親油性轉(zhuǎn)變?yōu)槭栌托裕瑫r(shí)保持了親水性。

    目前超親水性自清潔涂料主要以納米TiO2光催化自清潔涂層為主。利用納米TiO2的光催化性和超親水性，將納米TiO2溶膠引入涂料中，遷移到涂層表面的納米TiO2在空氣中水分存在的條件下催化表面的有機(jī)物產(chǎn)生大量羥基基團(tuán)，使表面具有超親水性，一旦表面被油污污染，由于表面的超親水性，使得油污不容易附著，可在自身重力、外部風(fēng)力或雨水沖洗的作用下脫落從而實(shí)現(xiàn)自清潔。主要機(jī)理在于:(1)在UV 照射下，由于納米TiO2的光催化作用，使得有機(jī)污染物被降解;(2)納米TiO2的光誘導(dǎo)超親水性使水在基材表面幾乎完全鋪展開，將污染物與基材隔開，污染物會(huì)隨水膜的鋪展而被帶走。超親水表面的制備方法有:水熱法、自組裝法、電極沉積法、等離子法、聚合物/納米粒子共混法、射頻濺射法等。超親水表面的研究比超疏水報(bào)道的少，但其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是疏水性表面無法比擬的，如透明性、防霧性能、防覆冰性和快速干燥等。另外，超親水表面在熱傳遞、生物分子固定以及減阻等方面有巨大潛在應(yīng)用。

納米TiO2超親水自清潔涂層的研究現(xiàn)狀

    納米TiO2超親水性薄膜保持自清潔的關(guān)鍵在于親水性與光催化活性的協(xié)同作用。在納米TiO2復(fù)合薄膜中加入SiO2，使得復(fù)合涂層既可以保持納米TiO2的光催化活性，還可以有效地提高薄膜的超親水性，并保持良好的耐久性。Guan 等研究發(fā)現(xiàn)，將SiO2添加到納米TiO2中，在UV 照射下薄膜接觸角降低，且超疏水性可以保持較長的時(shí)間。通過調(diào)節(jié)SiO2的添加量，可以使薄膜的光催化活性和超親水性此消彼長。光催化性和超親水性密切相關(guān)，其共同作用保持薄膜的自清潔性能。

    丁曉峰等將SiO2溶膠、含有甲氧基硅基的苯乙烯－ 丙烯酸齊聚物( SA) 與氨丙基三乙氧基硅烷(APS)經(jīng)室溫濕固化，獲得有機(jī)－ 無機(jī)雜化基質(zhì)，并與TiO2粒子復(fù)合制備出納米涂層，在陽光下暴露一定時(shí)間后，可以使復(fù)合涂層表面獲得超親水親油和光催化活性。實(shí)驗(yàn)表明，納米TiO2含量由2. 0%降低到0. 5%時(shí)，涂層表面的水接觸角與油性液體( 正己烷、二甲苯、正十六烷、丙酮等) 接觸角均隨著陽光照射時(shí)間的延長而減小，表明納米TiO2涂層同時(shí)形成了超親水親油表面，展現(xiàn)出了納米TiO2膜的雙親特性。

    呂德濤等利用溶膠凝膠法及超聲技術(shù)，以正硅酸乙酯(TEOS)和酞酸丁酯(TBOT) 為前驅(qū)體成功制備出了SiO2 － TiO2溶膠，并采用自制浸漬提拉機(jī)在普通玻璃板上涂膜，膜層表現(xiàn)出超親水性，最小接觸角為4. 3°，滿足防污自清潔的要求。由于TiO2薄膜表面的光譜響應(yīng)范圍較窄，不能高效率利用太陽光。通過摻雜敏化，從而引起吸收波長的“紅移”，可以使TiO2的響應(yīng)在可見光范圍內(nèi)有所增強(qiáng)。Pinho 等應(yīng)用一種簡單且低成本的方法制備出介孔Ag － SiO2 － TiO2光催化涂層，可以滿足建筑外墻自清潔性能的需要。研究發(fā)現(xiàn)，SiO2 － TiO2復(fù)合網(wǎng)絡(luò)中較高的Ag 添加量，可以拓寬TiO2對(duì)可見光的吸收及擴(kuò)大光催化的表面積，進(jìn)而提高涂層的光催化性能。申樹芳研究了SrO、La2O3及NiO 摻雜TiO2涂膜對(duì)其親水性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)摻雜Sr2 +、La3 +、Ni2 + 等對(duì)TiO2薄膜的光誘導(dǎo)超親水性起了敏化作用，隨著摻雜量的增加，復(fù)合薄膜產(chǎn)生紅移現(xiàn)象。

    納米TiO2光催化超親水自清潔涂層表面在環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力，且其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛靈活。除了用于建筑建材，還可以將具有除菌、自清潔和除臭性能的TiO2薄膜沉積在光纖、紡織品、棉等材料上，用來制作衣服，比如具有自清潔和抑菌性能的醫(yī)生的制服?；谧郧鍧嵑凸庵掠H水性能的納米TiO2涂層，已經(jīng)有自清潔產(chǎn)品研制出并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。然而，自清潔效應(yīng)和光致親水性的基礎(chǔ)理論和詳細(xì)的機(jī)理目前還并不清晰。目前的光致親水和自清潔效應(yīng)的應(yīng)用還僅限于室外，因此拓寬TiO2的光吸收范圍，使其延伸到可見光部分對(duì)其應(yīng)用有重大意義，或者開發(fā)其他在可見光范圍內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)自清潔的新材料。

    自清潔表面因?yàn)楠?dú)特的浸潤性，表現(xiàn)出優(yōu)異的防霧、防污、防覆冰、防腐蝕等性能，受到越來越多關(guān)注。雖然目前研究已經(jīng)取得了不俗的成績，但是還是有一系列的問題有待解決。比如提高自清潔涂層的附著力與耐久性，制備方法及工藝設(shè)備的簡單化等。未來應(yīng)著重設(shè)計(jì)并應(yīng)用自清潔涂層表面的潤濕性?？捎晒庹T導(dǎo)控制改變的TiO2自清潔涂層，包括開發(fā)更多的對(duì)光響應(yīng)的新型材料，賦予新材料生物活性及生物相容性等。