A titán-dioxid felület szuperhidrofil elve
Normális esetben a TiO2 bevonatú felület nagy érintkezési szöggel rendelkezik a vízzel. UV besugárzás után azonban a víz érintkezési szöge 5 fok alá, sőt 0 fokra csökken (azaz a vízcseppek teljesen szétszóródnak a Tio2 felületén). Nagyon erős hidrofilitást mutat. A lámpa leállítása után. A felület szuperhidrofilitása több órától körülbelül 1 hétig tartható. Ezután lassan visszatér a besugárzás előtti hidrofób állapotba. Újrabesugárzás UV fénnyel. A villa lehet szuperhidrofil, és az időszakos UV-sugárzás képes fenntartani a felület szuperhidrofil állapotát.
Kezdetben úgy gondolják, hogy a TiO2 felület szuperhidrofilitása a felületen adszorbeált szerves molekulák fotokatalitikus bomlási reakciójából indul ki: a TlO2 felületén a kemszorbeált víz hidrofil. A levegőben lévő szerves anyagok adszorpciója pedig hidrofóbbá teszi a felületet. UV sugárzás alatt. A felületen erősen oxidáló aktív hidroxilcsoportok képződnek, a hidrofób szerves anyagokat pedig az aktív hidroxilcsoportok oxidálják és lebontják a fotokatalitikus bomlási reakció során. Így a felület hidrofil lesz; amikor a fényt leállítjuk, a szerves anyag lassan adszorbeálódik a TiO2 felületén és visszatér hidrofób állapotába.
További vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy a TiO2 felület szuperhidrofilitása eltér a TiO2 fotokatalitikus oxidatív bomlási tulajdonságától. Inkább egy másik reakció, amelyet a TiO2 felületén a fény indukál. Az okok a következők: ① A TiO2 felület szuperhidrofilitása nem függ össze a szerves anyagok fotolebontási hatékonyságával. Egyes TiO2 egykristályok vagy polikristályok, amelyek nem rendelkeznek fotokatalitikus aktivitással vagy nagyon alacsony fotokatalitikus aktivitással rendelkeznek, szuperhidrofil tulajdonságokat figyelnek meg; ② egyes fémionok (például réz) adalékolása javíthatja a TiO2 fotokatalitikus oxidációs reakcióját. Azonban csökkenti a TiO2 felület szuperhidrofil tulajdonságát; (3) Ellentétben a porózus TiO2 felülettel és a fotokatalitikus oxidációs reakcióhoz szükséges legnagyobb reakcióterülettel. A sima és sűrű felület jobban elősegíti szuperhidrofil tulajdonságát; ④ A TiO2 felülete UV besugárzás után is nagy affinitást mutat az olajhoz, és normál körülmények között az olajos forgalmazók, például az etilénglikol-hexadekán és a gliceril-trioleát nagy érintkezési szöggel rendelkeznek a TiO2 felülettel. De UV besugárzás után ezek a folyadékok is teljesen beszivárognak az üvegbevonat felületébe. Azaz UV besugárzás után TiO2 felület víz-olaj kettős affinitással.
A mostani tanulmány arra a következtetésre jutott. A TiO2 felület szuperhidrofilitását fényviszonyok között a felületi üregesedésének változása szilárdítja meg: a TiO2 vegyértéksávjában lévő elektronok UV besugárzás mellett gerjesztődnek a vezetési sávba. Az elektronok és a lyukak a TiO2 felületére vándorolnak, és elektron-lyuk párokat hoznak létre a felületen. Az elektronok reakcióba lépnek a Ti4 plusszal. A lyukak reakcióba lépnek a felületi híd oxigénionjaival, és pozitív háromértékű titánionokat, illetve oxigénüres helyeket képeznek. Most. A levegőben lévő víz disszociálódik és adszorbeálódik az oxigénüres helyeken. Kemiszorbeált vízzé válik (felszíni hidroxil fakszimile). A kemiszorbeált víz tovább adszorbeálhatja a levegőben lévő vizet, és fizikai adszorpciós réteggé alakulhat. Ez azt jelenti, hogy a Ti3 plusz hiba körül egy erősen hidrofil emblémazóna képződik. A felület fennmaradó része hidrofób marad, így a TiO2 felület egyenletesen elkülönülő nanoméretű hidrofil és oleofil emblémazónát alkot, hasonlóan a kétdimenziós kapilláris jelenséghez. Mivel a víz vagy olajos cseppek mérete sokkal nagyobb, mint a hidrofil vagy oleofil zóna területe, a makroszkopikus TiO2 felület hidrofil és oleofil tulajdonságokat mutat. A víz- vagy olajcseppeket a hidrofil mikrozóna, illetve a lipofil emblémazóna adszorbeálja. Így a felület beszivárog. Az UV besugárzás leállítása után a kemiszorbeált hidroxilcsoportokat a levegő oxigénje helyettesíti, és ismét hidrofób állapotba kerülnek.
