[发明专利]增透型超亲水氧化锌/二氧化钛复合纳米结构自清洁涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有增透的超亲水氧化锌/二氧化钛核壳纳米结构自清洁涂层的制备方法，属于化学材料技术领域。

背景技术

近年来自清洁涂层已经越来越受到重视。目前基于不同的自清洁原理，已经发展了两种类型的自清洁涂层。一种是仿生荷叶的超疏水涂层，其具有大的水接触角和小的水滚动角，接触角可超过150度，通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能。但实际空气环境中污染物多种多样，既有亲水性的粉尘污染物，又有亲油性的有机污染物以及各种污染物的混合体，现有超疏水涂层并不能有效去除所有不同特性的污染物，导致其在实际使用过程中，由于污染物的不断积累使涂层表面丧失超疏水特性。另外一种是基于无机半导体材料的光催化分解有机物的原理发展出来的超亲水自清洁涂层。此类超亲水材料通过两类特性发挥自清洁功能：一是光催化特性，可以光降解有机污染物；二是光致超亲水性，光照下表面亲水性增强，当水珠与此类亲水性薄膜接触时，水珠迅速铺展成水膜流掉，隔绝污染物附着并带走污染物。最典型的代表半导体材料是二氧化钛(TiO₂)和氧化锌(ZnO)[中国有色金属学报2008，18卷第8期1517页]。纯TiO₂可通过磁控溅射、气相沉积和溶胶凝胶等方法制备。这些方法多需要高真空技术，加大了生产成本。然而，由于TiO₂具有较高的折射率，锐钛矿为2.52，金红石为2.76，致密的TiO₂自清洁涂层将会增加空气-透明基片界面的反射。如空气-玻璃界面的反射率为4％，而空气-TiO₂界面的反射率可以达到20％。因此，对于需要高透过率的基片如太阳能电池的盖板玻璃，如何既有良好的光降解功能又能保持较高的透过率是亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有增透效果的自清洁涂层的制备方法。本发明提供的增透性自清洁涂层由ZnO纳米线和TiO₂纳米片构成的多孔薄膜，通过太阳光辐照获得自清洁的特性。

一种增透型超亲水氧化锌/二氧化钛复合纳米结构自清洁涂层的制备方法，该方法包括如下步骤：

①ZnO晶种层的制备：在0.1～0.5mol/L的醋酸锌的乙醇溶液中加入碳原子数为2～6的脂肪胺或醇胺，其中Zn(CH₃COO)₂与胺的摩尔比为1∶0.5-1.5；将该溶液旋涂在干净的基片上，然后将基片在200～500℃下煅烧20～60分钟；

②ZnO纳米线阵列的生长：配制10-50mmol/L的硝酸锌水溶液，并加入等摩尔的六次甲基四胺到硝酸锌溶液中；将在步骤①中制备的基片浸没在上述溶液中，保持基片直立；将反应体系置于70-100℃的恒温烘箱中2-12小时，获得厚度为300-800纳米的ZnO纳米线阵列；

③ZnO/TiO₂复合结构的纳米薄膜：将步骤②中所制备的生长有ZnO纳米线阵列的基片直立于水热反应釜，在反应釜中加入10-20mL钛酸酯的异丙醇溶液，溶液中钛酸酯的浓度为1-100mmol/L，再加入5-50微升的氮原子数为2～10的多胺；然后将上述溶液密封在水热反应釜中，加热至140～200℃并保持在该温度下6～24小时；待反应降温至室温时将基片取出，用水、乙醇润洗3-5次；最后将基片在400～600℃煅烧1～5小时获得具有增透效果的自清洁涂层。

如上所述的制备方法，优选地，所述脂肪胺或醇胺选自：乙胺，二乙胺或乙醇胺。

如上所述的制备方法，优选地，所述步骤所述步骤③中的钛酸酯选自：钛酸异丙醇酯，钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛或硫酸钛。

如上所述的制备方法，优选地，所述步骤③中的多胺选自：六次甲基四胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。

如上所述的制备方法，优选地，所述方法包括如下步骤：

①ZnO晶种层的制备：在0.2mol/L的醋酸锌的乙醇溶液中加入等当量的乙醇胺，将该溶液在3000rpm旋涂在干净的FTO导电玻璃基片上，然后将基片在400℃下煅烧30分钟；

②ZnO纳米线阵列的生长：配制20mmol/L的硝酸锌水溶液，并加入等摩尔的六次甲基四胺到硝酸锌溶液中；将在步骤①中制备的基片浸没在上述溶液中，保持基片直立；将反应体系置于70℃的恒温烘箱中4小时，获得ZnO纳米线阵列；