Factores que influyen en la superhidrofilia de las superficies de TiO2
1. Tiempo e intensidad de irradiación de luz ultravioleta
En general, el tamaño de la zona hidrofílica en la superficie del TiO2 aumenta y el tamaño de la zona lipofílica disminuye a medida que aumenta el tiempo de exposición a la luz. El aumento en el tamaño de la zona hidrofílica conduce a mejorar las propiedades hidrofílicas de la superficie, y la disminución en el tamaño de la zona lipofílica aumenta la fuerza de gravedad capilar, lo que conduce a la expansión del aceite en la superficie de TiO2. Cuando las zonas hidrofílicas y oleófilas alcanzan el punto crítico, es decir, el fenómeno bifílico del agua y el aceite se puede realizar en la misma superficie, el ángulo de contacto del agua y el aceite puede alcanzar 0 grados, y el super aparecen características hidrofílicas y súper oleófilas; cuando el tiempo de exposición a la luz continúa aumentando, el tamaño de la zona hidrofílica aumentará aún más y la superficie aún puede permanecer súper hidrofílica, pero el ángulo de contacto con el aceite aumenta; cuando el tiempo de exposición a la luz ultravioleta es demasiado largo, el ángulo de contacto entre la superficie y el agua también aumentará, es decir, la irradiación ultravioleta prolongada no hace que la superficie se vuelva más hidrofílica y lipofílica.
La intensidad UV también afecta las propiedades superhidrofílicas de la superficie de TiO2. Si la intensidad UV es inferior a 20 mW/c㎡, la irradiación UV de larga duración no puede hacer que la superficie de TiO2 sea hidrófila, lo que se debe principalmente a que la baja energía UV no puede excitar el salto de electrones de la banda de valencia de TiO2, también es difícil de formar la falta de superficie del estado de unión.
2, superficie de cristal TiO2
La investigación superhidrofílica de superficie de cristal único diferente de TiO2 muestra que la superficie de TiO2 [ll0) y la superficie (100) que la superficie ({{10}}O1) es más susceptible a la excitación de la luz, por lo que la superficie tiene propiedades superhidrofílicas. Como en 40 mW / cm2 de luz, 10 mm dentro de la superficie (1l0) y la superficie (001) y el ángulo de contacto del agua hasta 0 grados. Y la superficie (001) se requiere 40 minutos, lo que se debe principalmente a que cada superficie de cristal de TiO2 tiene una estructura de coordinación de titanio diferente. En la cara del cristal (110), la mitad de los iones de titanio están en una estructura de cinco ligandos, con el torio como titanio conectados entre sí mediante puentes de oxígeno, y la otra mitad está en una estructura de seis ligandos. En el plano cristalino (100), todos los iones de titanio están en una estructura de oxígeno de despegue pentacoordinada, mientras que el plano cristalino {001) está en la misma disposición original que el interior del cristal TiO2, con el torio libre como un tetra- estructura coordinada. En comparación con otras estructuras de oxígeno, el puente de oxígeno tiene una posición más alta en la superficie, es energéticamente más reactivo y se libera más fácilmente por oxidación para formar vacantes de oxígeno en la superficie. La formación de otros defectos de oxígeno causará una mayor distorsión de la red y, por lo tanto, requiere una mayor energía de reacción externa.
3. Atmósfera ambiental
Los monocristales de TiO2(110) se colocan en una atmósfera de aire y oxígeno respectivamente. Bajo la radiación ultravioleta, el ángulo de contacto entre la superficie monocristalina y el agua en el aire se reduce rápidamente y se puede alcanzar un estado hidrofílico alto en un período de tiempo relativamente corto. En la atmósfera de oxígeno, el ángulo de contacto disminuye lentamente a 35 grados cuando se alcanza la saturación. De manera similar, las superficies cristalinas de TiO2 que han sido hidrofilizadas pueden mantener un estado hidrofílico en el aire durante varios días, mientras que en una atmósfera de oxígeno cambian rápidamente a un estado hidrofóbico. Esto se debe principalmente a que la presencia de oxígeno no es propicia para la generación de vacantes de oxígeno, y no formará más agua quimiosorbida en la superficie, generada por el agua quimiosorbida superficial también será reemplazada por oxígeno y restaurará el estado hidrofóbico anterior, que no es propicio para la generación y el mantenimiento de la hidrofilicidad de la superficie.
4, tratamiento térmico
El TiO2 hidrofóbico de la superficie se trata térmicamente a 150 grados y la superficie se vuelve gradualmente hidrofílica, con un ángulo de contacto de O grado con agua a alrededor de 400 grados. Esto significa que el TiO2 presenta una buena hidrofilia. Es decir, el rendimiento de una superficie de TiO2 de buena hidrofilia antes y después del tratamiento térmico de los cambios de humectabilidad del agua puede deberse a la formación del mismo estado de defecto superficial con condiciones de irradiación ligera, es decir, la formación de una proporción no química del TiO2. estructura de la superficie, que favorece la adsorción de agua, es decir, el uso de tratamiento térmico también puede estimular o restaurar la superficie superhidrofílica.
