钛溶胶复合有机硅涂层材料的制备与表征
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溶胶-凝胶法制备TiO2-SiO2复合粉体
2011-2012第1学期期末综合实验报告溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2复合粉体姓名：学号：班级：指导教师：题目：溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2复合粉体一、实验目的及要求（1）了解并撑握进行科学研究的过程，提高学生的逻辑思维能力，为以后进行科学研究奠定基础。
（2）提高学生的实验动手能力和科学分析能力，使学生通过这次锻炼能够撑握科学实验的过程，从而激发对科学研究的兴趣。
（3）通过本次综合实验，使学生把书本上的理论和实际结合起来，从而达到学以致用的目的。
（4）写出完整的实验报告，重点分析实验结果并进行详细的讨论，提高学生的数据处理能力。
二、实验原理溶胶—凝胶法是一种湿法化学工艺，由金属醇盐或其它盐类溶解在醇醚等有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液再通过水解和缩聚反应形成溶胶，进一步的聚合反应经过溶胶—凝胶转变形成凝胶。
在低温阶段发生的溶胶到凝胶的转变过程，可以用来制备涂层。
采用溶胶—凝胶法的基本过程是：易于水解的金属化合物（无机盐）在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化。
其基本的反应过程是水解反应和聚合反应。
反应方程式如下（以合成氧化钛为例）：水解反应：Ti－OR＋H2O→Ti－OH＋ROH聚合反应：Ti－OH＋RO－Ti→Ti－O－Ti＋ROHTi－OH＋OH－Ti→Ti－O－Ti＋H2O式中：R﹦C4H9由于溶胶—凝胶法是目前广为采用的纳米粉体制备方法，因此本研究采用溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2超细粉体。
即采用钛酸丁酯、正硅酸乙脂为主要原料，加入去离子水和无水乙醇配制成反应溶液，并加入乙酰丙酮作抑制剂以缓解钛酸丁酯的强烈水解作用，从而形成均匀而透明的溶胶。
溶胶经干燥、煅烧后制备成TiO2－SiO2粉体。
三、实验内容（1）撑握TiO2光催化剂的制备机理及方法。
（2）探究溶胶pH值的变化对TiO2－SiO2溶胶性能的影响机理及规律。
（3）考察水浴温度的不同对TiO2－SiO2溶胶性能的影响及规律。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
含二氧化钛的有机硅耐磨透明涂料的制备及性能研究
要 ： 用 溶 胶 一凝 胶 法 ， 钛 酸 酯 、 硅 酸 乙酯 和 硅 烷 偶 联 剂 （ Ｈ 一 ６ ） 行 共 水 解 ， 涂 覆 、 采 将 正 Ｋ ５０ 进 经 固化 ， 备 了含 制
二氧化钛 的耐磨透 明膜层材料 ， 通过各种方法对该涂料和膜层 的光学和机械性能进行 了分析表征 。结 果表 明： 所得复
Ｐｅ ｉ ａ ，Ｃｈｅ ｎｇ Ｒｕｍ ｉ ｎ Ｃｈａ ｇ ｈｕ ｎｃ ｎ
（ ｏｌ ｅｆＭａ ｒ ｌ ｃ ｎｅ ｎ ｎｉｅｒ ｇ， ａｊ ｇＵ ｉ ｒｔ ｏ ｅｈｏｏｙ Ｎ ｎ ｎ １０ ９ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌｇ ｅ ｏ ｔ ｉ ｉ ｃ ａ ｄＥ ｇｎｅｎ Ｎ ｎｎ ｎｖ ｓｙｆ Ｔｃｎｌ ， ａｊ ｇ２０ ０ ， ｈｎ ｅａ Ｓ ｅ ｉ ｉ ｅ ｉ ｇ ｉ ａ
ｖ ｒｏ ｓ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ． ｔｈ ｓ ｓ ｗｎ ｔ ａ ｈ ｏ ｔｎ ｓｆｌ ｓｈ ｖ ｉｈ ｔａ ｓ ｒ ｎ ｙ ｏ ｂｏ ｅ９ ａｉ ｕ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓ Ｉ ａ ｈｏ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ａｉ ｇ ｍ ａ ｅ ｈ ｇ ｒ ｎ ｐａ ｅ ｃ ｆａ ｖ ０％ ｉ ｈ ａ ｇ ｆ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅｏ
透 明 塑料 因具 有 密 度低 、 冲击 性 能 好 、 加 工 成 型 等 优 耐 易
有 机硅 涂层强度的同时为将来研究 如何提高有机 硅耐磨 涂层 的折射率做准备 。
点， 常用作光学部件 ； 其耐摩擦 、 但 耐溶剂性 能不好 ， 限制 了其 使用 范围。通过表 面增 强提 高塑料 的表 面 硬度 ， 可扩 大其 应 用领域 （ 如用 于制 作各 种透 镜 和眼镜 片 ） 。住 表 面增 强材 料 中， 耐磨透 明涂层 因工艺简单 、 操作方 便 、 本低廉 、 成 性能优 良 而得 到 日益广泛的应用 ； 中 ， 其 以水解 成膜得到 的有机硅 耐磨
有机无机纳米复合材料的合成及性能表征
有机无机纳米复合材料的合成及性能表征纳米材料的出现和应用，是人类材料科学领域的一次伟大革命。
其中有机无机纳米复合材料因其优异的性能备受关注。
本文将介绍有机无机纳米复合材料的合成方法及其性能表征。
一、有机无机纳米复合材料的合成方法1. 溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是合成无机有机纳米复合材料最重要的方法之一。
这种方法利用无机某些物质，例如硅酸三乙酯、钛酸酯等，在溶剂中制备出乳状溶胶，然后通过退火、焙烧等处理方式，最终获得相关纳米复合材料。
溶胶凝胶方法具有操作简便、成本低廉、制备周期短等优点。
2. 真空旋转涂布法真空旋转涂布法（VAC method）是复合材料制备的一种快速、简单、成本低廉的方法。
该方法利用真空吸附技术将有机材料温度控制在50~200℃，然后通过旋转混合的方式制备出有机无机复合薄膜。
VAC方法对于制备微纳米薄膜有很好的应用价值。
3. 热解法热解法是一种高温方式制备无机有机纳米复合材料。
通常采用两步加工，首先在常温下将有机物质与无机物质在某些溶剂中混合，形成溶胶。
然后在高温条件下热解，得到有机无机复合材料。
这种方法制备出的纳米复合材料晶体纯度高，晶粒大小均匀，但需要较高的制备技术。
4. 电沉积法电沉积法基于电化学原理设计的一种制备纳米复合材料的方法。
在外加电场作用下，金属离子在电极表面还原，同时有机分子在电场下定向积聚形成有机无机复合材料。
电沉积法可以制备出非常规形态的有机无机纳米复合材料，并且具有高度的可控性。
二、有机无机纳米复合材料的性能表征1. 感光性能如何增强复合材料的感光性能是当前研究的热点之一。
有机无机纳米复合材料具有较高的紫外吸收能力，同时对于光子的感应性能也比较高，还可以通过分子工程等方法进行增强。
这种材料可以被用作开关、存储、感测器等领域。
2. 光催化性能有机无机纳米复合材料的催化性能也受到了广泛的研究。
复合材料的光催化性能主要由金属氧化物、活性小分子、有机分子等组成，其中的能带结构和光吸收特性会影响催化反应。
tio2纳米材料的制备与表征
tio2纳米材料的制备与表征制备和表征二氧化钛（TiO2）纳米材料是一项重要的科学任务，由于其广泛的应用领域，包括光催化、太阳能电池、光电器件、光致发光、药物载体和生物成像等。
下面将介绍一种常用的制备和表征TiO2纳米材料的方法。
制备目前，制备TiO2纳米材料的主要方法包括化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、水热法、微波等离子体化学方法等。
这里我们以水热法为例。
水热法是一种在高温高压条件下，利用水作为溶剂，使原料在其中发生化学反应并形成结晶的方法。
制备TiO2纳米材料的水热法通常包括以下步骤：1.将一定量的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和适量的硝酸（HNO3）溶液混合，搅拌均匀。
2.将上述混合液转移到高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至指定温度（通常为150-250℃）。
3.在该温度下保持一定时间（例如1-10小时），使钛酸丁酯和硝酸发生水热反应，生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒。
4.待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，取出产物。
5.用去离子水冲洗产物，去除可能存在的杂质。
6.最后，将产物进行干燥，得到TiO2纳米材料。
表征为了确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料，以及其结构和形貌等性质，我们通常会使用一系列表征方法。
1.X射线衍射（XRD）：XRD可以用于确定材料的晶体结构和相组成。
通过对比标准PDF卡片，可以确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料。
2.扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：SEM和TEM可以用于观察材料的形貌和尺寸。
通过这些方法，我们可以了解到制备得到的TiO2纳米材料的形状、大小以及分布情况。
3.光电子能谱（XPS）：XPS可以用于分析材料的化学组成和化学状态。
通过这种方法，我们可以确认制备得到的物质是否含有Ti、O元素，并得到它们的比例。
4.紫外-可见光谱（UV-Vis）：UV-Vis可以用于研究材料的电子结构和光学性质。
通过这种方法，我们可以得到制备得到的TiO2纳米材料的吸收边和带隙等信息。
TEOS溶胶凝胶法制备二氧化硅 有机硅复合体系
TEOS溶胶凝胶法制备二氧化硅有机硅复合体系二氧化硅-有机硅复合材料由于兼具无机二氧化硅和有机硅的特性具有广阔的应用前景。
因此将纳米SiO_2和有机硅聚合物有效地复合，形成无机-聚合物复合材料，在国内外是一个非常活跃的领域，也是本论文研究的主要对象。
本文首先在阅读、分析和研究大量国内外文献资料的基础上，针对正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程制备二氧化硅、二氧化硅与有机硅形成复合体系、二氧化硅表面活性、正硅酸乙酯(TEOS)与二甲基二乙氧基硅烷(DDS)的反应等问题的国内外研究现状进行了详细的分析和总结。
在此基础上，结合正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程制备二氧化硅及前人对过程的研究现状，确定了以酸催化正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程为手段来制备活性二氧化硅中间体，并结合动态激光光散射和红外光谱为主要手段来对过程进行分析。
针对国内外对DDS-TEOS的研究，确定了本论文首先要研究不同用水量情况下，DDS对TEOS溶胶-凝胶过程的影响。
然后根据过程机理的探讨，结合在高的用水量情况下水解更充分的特征，立足于研究在高的用水量隋况下得到的二氧化硅-有机硅复合体系。
借助各种测试手段，通过控制有机硅单体的种类和反应条件，可得到具备特殊性能的复合材料。
以上述思想为主导，提出了论文题目、研究路线和研究方法，并对论文工作的主要创新点作了简要叙述。
本项研究主要包括以下四个部分：1、正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程研究动态激光光散射(DLS)方法是测量纳米及亚微米颗粒粒径的有效方法，以此作为手段来研究正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程，得到了中间产物的粒径随时间变化的曲线，能比较直观地反映出正硅酸乙酯溶胶-凝胶溶胶粒子的形成乃至凝胶生成的特征，在国内外未有文献报导。
实验过程中首先控制不同的反应条件，通过测定凝胶时间，来研究反应温度(T)、酸度(HCl∶H_2O)、用水量(H_2O∶Si-OR)、乙醇的用量(C_2H_5OH∶Si)等对酸催化正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程的影响。
TiO2_SiO2复合纳米涂层开题报告
（4）样品性能测定
用SEM、AFM表征样品的表面形貌和粗糙度、用TG表征样品的热稳定性、用紫外-可见光分度计仪表征样品的光透过率、用红外光谱表征TiO2/SiO2的结合情况、光催化性能利用薄膜对甲基蓝（MB）降解率表征。
2.进度计划如下：
周次
主要工作计划
1
确定选题，学习下载相关文献
2
文献综述
3
外文翻译
[3]牛宪军,白杨,田振勇,杜意恩.Cu2+掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2复合光催化材料的制备及性能研究[J].云南大学学报(自然科学版),2019,41(05):1001-1008.
[4]RESZCZYNSKA J, GRZYB T, SOBCZAK, J W, et al. Visible light activity of rare earth metal doped (Er3+, Yb3+or Er3+/Yb3+) titania photocatalysts[J]. Applied Catalysis B: Environmental,2015,163.
[12]WONGKAEWA,Soontornkallapaki C,Amhae N,et al.Effect of ZnO on a superhydrophilic self-cleaning properties of TiO2/SiO2Thin Film on Glass Slide Substrate[J]. Advanced Materials Research, 2015,1131:237-241.
而为了提高涂层稳定性，防止涂层开裂和提高涂层对基底的附着力，Kapridaki等采用溶胶—凝胶法制备了TiO2－SiO2－羟基端聚二甲基硅氧烷（PDMS）纳米复合涂层，该涂层既具有光催化活性，又具有疏水性[9]。该TiO2－SiO2－PDMS纳米复合涂层由四乙氧基硅烷（TEOS）、钛酸四异丙酯（TTIP）以及PDMS的混合物制得，TEOS在草酸的作用下完全水解，并且草酸能有效地控制凝胶开裂，所制涂层透明，无开裂，含有5nm的纳米结晶尺寸，并且对基底有很好的附着力。
用SEM、AFM表征样品的表面形貌和粗糙度、用TG表征样品的热稳定性、用紫外-可见光分度计仪表征样品的光透过率、用红外光谱表征TiO2/SiO2的结合情况、光催化性能利用薄膜对甲基蓝（MB）降解率表征。
2.进度计划如下：
周次
主要工作计划
1
确定选题，学习下载相关文献
2
文献综述
3
外文翻译
[3]牛宪军,白杨,田振勇,杜意恩.Cu2+掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2复合光催化材料的制备及性能研究[J].云南大学学报(自然科学版),2019,41(05):1001-1008.
[4]RESZCZYNSKA J, GRZYB T, SOBCZAK, J W, et al. Visible light activity of rare earth metal doped (Er3+, Yb3+or Er3+/Yb3+) titania photocatalysts[J]. Applied Catalysis B: Environmental,2015,163.
[12]WONGKAEWA,Soontornkallapaki C,Amhae N,et al.Effect of ZnO on a superhydrophilic self-cleaning properties of TiO2/SiO2Thin Film on Glass Slide Substrate[J]. Advanced Materials Research, 2015,1131:237-241.
而为了提高涂层稳定性，防止涂层开裂和提高涂层对基底的附着力，Kapridaki等采用溶胶—凝胶法制备了TiO2－SiO2－羟基端聚二甲基硅氧烷（PDMS）纳米复合涂层，该涂层既具有光催化活性，又具有疏水性[9]。该TiO2－SiO2－PDMS纳米复合涂层由四乙氧基硅烷（TEOS）、钛酸四异丙酯（TTIP）以及PDMS的混合物制得，TEOS在草酸的作用下完全水解，并且草酸能有效地控制凝胶开裂，所制涂层透明，无开裂，含有5nm的纳米结晶尺寸，并且对基底有很好的附着力。
纳米TiO_2自清洁材料的研究进展_刘太奇
纳米T iO2自清洁材料的研究进展刘太奇1,操彬彬1,2,王 晨1(1 北京石油化工学院环境材料研究中心,北京102617;2 北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)摘 要:由于自洁净材料具有光催化、自清洁、抗菌等功能,人们对光催化自洁净材料的研究日益关注。
本文主要概述了纳米二氧化钛自清洁材料的机理及应用,并介绍了国内外自清洁材料的研究现状及发展趋势。
关键词:T iO2;自清洁;光催化中图分类号:T G74 9 文献标志码:AResearch Development in Nano TiO2Self-cleaning MaterialsL IU T aiqi1,CAO Binbin1,2,WA N G Chen1(1.R esear ch Center of Ecomater ial,Beijing Institut e o f Petr ochemical T echnolo gy,Beijing102617,China;2.Colleg e o f M ater ials Science and Eng ineer ing,Beijing U niv ersity of Chemical T echnolo g y,Beijing100029,China)Abstract:Self-cleaning materials hav e att racted much attentio n in recent years due to their unique characters such as photo cataly st ic,self-cleaning and ant ibacter ial effects.T he ov er view of the mechanism and applicat ions of nano titanium d-i o xide self-cleaning materia ls wer e presented,and the r esea rch status and new development of self-cleaning mater ials wer e mainly intro duced in this paper.Key words:T iO2,Self-cleaning,Pho tocatalystic自清洁材料(Self-cleaning m aterials)是指在自然条件下能保持自身清洁的材料,材料本身具有除臭、抗菌、抗霉、防污等多重功能。
TiO2-SiO2_多功能薄膜的制备及其性能研究
第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·347·TiO2-SiO2多功能薄膜的制备及其性能研究向军淮，徐志东，王军*（江西科技师范大学 江西省材料表面工程重点实验室，南昌 330013）摘要：目的改善普通玻璃的防雾性能。
方法采用溶胶−凝胶法在玻璃表面制备均匀透明的x TiO2-(1−x)SiO2（x为1.00、0.75、0.50、0.25、0）复合薄膜。
利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征TiO2-SiO2复合材料的微观结构和表面形貌，通过紫外可见近红外分光光度计、接触角测试仪测试TiO2-SiO2复合薄膜的光学性质和润湿性，通过热水浴实验评价镀膜前后玻璃的防雾性能。
结果XRD测试结果表明，TiO2-SiO2复合材料由锐钛矿相TiO2和非晶相SiO2构成，其相结构随着TiO2含量的变化而变化。
SEM和AFM结果表明，在TiO2-SiO2复合薄膜中，当SiO2的物质的量分数小于50%时，TiO2-SiO2复合薄膜表面均匀致密、粗糙度低；当SiO2的物质的量分数大于75%时，复合薄膜表面出现了孔洞和大颗粒，粗糙度增大。
光学性质测试结果表明，在TiO2-SiO2复合薄膜中，当SiO2的物质的量分数大于50%时，镀膜后的玻璃在可见光范围内的平均透过率高于85%。
润湿性测试结果表明，镀膜后玻璃表面的亲水性明显增强，当SiO2的物质的量分数小于50%时，TiO2-SiO2复合薄膜的接触角低于5°，表现为超亲水。
防雾性能测试结果表明，在玻璃表面制备TiO2-SiO2复合薄膜后，玻璃具有良好的防雾性能。
评价了0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜的耐久性，在室内放置60 d后，0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜的平均透过率在84%以上，且具有防雾性能，表明其耐久性较好。
结论在玻璃表面制备的0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜在可见光范围内具有高透明度和良好的防雾性能，且该薄膜的耐久性较好。
溶胶—凝胶法制备薄膜型TiO2
浙江理工大学物理实验报告薄膜技术及应用姓名：刘彬学号：200920101017班级：应用化学物理实验室实验名称：溶胶一凝胶法制备薄膜型TiO2组别：1 日期：2010年12月23日成绩____________一、实验目的1•了解液溶胶凝胶法制备TiO2薄膜的原理。
2•掌握溶胶凝胶法制备薄膜的基本方法。
二、实验试剂钛酸四丁酯，乙醇，三乙醇胺三、实验原理溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐作为前驱体，溶于溶剂(水或有机溶剂)中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成几个纳米左右的粒子并形成溶胶，再以溶胶为原料对各种基材进行涂膜处理，溶胶膜经凝胶化及干燥处理后得到干凝胶膜，最后在一定的温度下烧结即得到所需的涂层。
溶胶凝胶法制备薄膜不需要物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)那样复杂昂贵的设备，具有工艺简便，设备要求低以及适合于大面积制膜，而且薄膜化学组成比较容易控制，能从分子水平上设计、剪裁，特别适于制备多组元氧化物薄膜材料，已被认为是制备薄膜最有效的手段之。
四、实验过程：以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4为原料，按Ti(OC4H9)4：EtOH:H2O:C6H15NO3 (三乙醇胺)为10：35.8：0.52：4.40,将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，再将少量乙醇与水混合，然后将两种溶液混合，用三乙醇胺作抑制剂，延缓钛酸四丁酯的强烈水解，磁力搅拌1h后，80C回流陈化10h，得到稳定，透明TiO2 溶胶。
将普通的载玻片分别用丙酮，乙醇，去离子水超声清洗20min后，以其作基底从TiO2溶胶中采用浸渍提拉法制备TiO2薄膜，提拉速度为4mm/s, 湿膜在80E干燥10min后，放入Nabertherm炉内，分别在400C, 500C，600C保温1h,取出自然冷却至室温，即制得TiO2纳米晶薄膜。
五、实验结果分析：1■薄膜XPS分析468 464 460 456 452Binding Enefgy/eV图1薄膜的XPS分析图1为薄膜样品中Ti元素X射线光电子能谱。
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1. 2
将一定量的水、 盐酸和 1/ 3 的 IPA 充分混合均匀 , 缓慢滴加到一定量的 GLYMO 中, 在搅拌条 件下反应 3h, 得到无色、 透明的有机硅溶胶。另取一定量的 TBOT 与 1/ 3 的 IPA 混溶后, 缓慢滴加 H Cl/ IPA 至上述溶 液中, 室温下搅拌 30min, 得到无色透明的钛溶胶。将所得有 机硅溶胶与钛溶胶均匀混合后 , 室温下搅拌 24h, 最终得到均 匀、 澄清的钛溶胶复合有机硅胶体系。通过调整 GLYM O 、 TBOT 、 水以及异丙醇的量制备了 5 种不同 Ti 含量的透明复 合溶胶 , 其中按钛酸酯全部转化为 TiO2 来计算 , 氧化钛在膜 中的质量分数分别为 5% 、 10% 、 15% 、 20% 、 25% 。原料组成 如表 1 所示。 表 1 复合溶胶体系原料的组成 Table 1 C om posit ions of hybrid sols 样品名称 Sol Sol Sol Sol 1 2 3 4 T BOT GLYM O g g 3. 4 17. 7 3. 4 8. 80 3. 4 5. 57 3. 4 3. 94 3. 4 2. 95 H2O g 1. 37 0. 67 0. 42 0. 30 H Cl IPA T iO 2 / % g mL ( 质量分数 ) 0. 20 16 5 0. 19 15 10 0. 18 13 15 0. 10 11 20 10 25
[ 9] [ 10, 11] [ 12, 13]
成机理。由于该纳米复合薄膜实现了无机团簇与有机聚合 物的均相结合 , 因此具有好的热稳定性和光学响应。 前述 T iO 2 / 聚合物杂化材料都是通过 T i 的醇盐与有机 单体或聚合物混合, 并通过溶胶 凝胶反应对不同聚合物基体 的折射率和厚度进行调控。由于有机与无机之间存在强的 化学键作用, 所以使所得透明复合材料的力学性能和光学性 能都得到了优化。 有机硅聚合物由于具有耐热老化和耐紫外性能、 高透过 率、 高折射率等优异性能, 被认为是制备高性能透明材料最 佳的基质材料之一[ 14] 。 ( 2, 3 环氧丙氧 ) 丙基三甲氧基硅 烷 ( GLYM O) 是较为常见的有机硅单体之一, 由于具有较好 的成膜性 和 反 应 活 性 , 被 广 泛 用 于 制 备 有 机 硅 复 合 材 料 。因此, 将 T iO 2 与 GLYM O 复合以制备高性能杂化 涂层材料 , 具有广阔的应用前景。 Que 等 [ 15- 17] 利用 T POT 与有机硅单体的溶胶 凝胶反应制得了一系列纳米复合薄膜 , 实现了折射率在一定范围内可调。江梅等 [ 18] 利用溶胶 凝胶 方法将钛酸酯和硅烷偶联剂进行共水解 , 制备了高折射率和 高强度的透明杂化涂层材料。总体来说 , 利用钛溶胶与有机 硅聚合物体系复合来制备钛硅复合涂层材料的研究并不多 见
凝胶技术制备了一类钛溶胶复合有机硅透明涂层材料, 并采 用红外光谱 ( IR) 、 扫描电镜 ( SEM ) 、 椭偏仪、 紫外可 见光谱 ( UV Vis) 等手段对杂化涂层的微结构、 光学性质进行了表征。
1
1. 1
实验
试剂
钛酸丁酯( TBT ) 和 ( 2, 3 环氧丙氧 ) 丙基三甲氧基硅
烷 ( GLYM O) : 工业级 , 经减压蒸馏精制 ; 异丙醇 ( IPA ) 和盐 酸 : 分析纯 , 天津 市福晨化学试剂厂 ; 去离子水为 实验室自 制。
[ 15- 19] [ 15- 17]
。 本实验以钛酸丁酯( TBT) 和 GLYMO 为原料, 通过溶胶
* 广东省自然科学基金 ( 8451806001001737) ; 浙江省科技计划项目 ( 2008C01005 1) 王芳 : 女 , 1973 年生 , 博士 , 副教授 T el: 0755 26558125 E mail: wfang7373@ y ahoo. com. cn
2
2. 1
分析与讨论
红外光谱分析
图 1 为样品 Sol 1 在固化前和 100 固化后的红外谱图。 从图 1 中可以看出 , 3400cm- 1 处对应的羟基的宽吸收峰在经
图 2 复合涂层的透过率曲线 Fig. 2 Transmittance of hybrid films
2. 3 扫描电镜测试
图 3 是 S ol 3 涂层在玻片表面固化后的 SEM 图片。当 T iO 2 的质量分数低于 25% 时, 所得到的 Sol 1- Sol 5 涂层均 呈现类似的表面形貌。从图 3 中可以看出, 涂层表面平整光 滑、 无裂纹, 是因为 GLYM O 具有优良的成膜性和柔韧性 , 避 免了热处理过程中因应力产生而导致的薄膜开裂。此外 , 在 复合溶胶的形成过程中, 由于实现了对 T BT 水解过程的有 效控制, 在体系中未产生较为明显的颗粒。
Sol 5
0. 23 0. 10
将上述透明复合溶胶采用旋涂机 以 2000r/ s 的转速旋转 15s, 在玻片及硅片上制备杂化涂层 ; 将杂化涂层于鼓风烘箱中 100 固化 2h, 即得钛溶胶复合有 机硅涂层。
复合涂层的制备
1. 3
测试与表征
采用日本岛津 FTIR 8300 型傅里叶变换红外光谱仪进 行结构分析 ; 采用涂液膜和溴化钾压片法分别表征涂层固化 前后的红外图谱; 以玻片为基底, 采用日本岛津 U V 2501PC 型紫外 可见 光谱 仪测 试涂 层透 光率 ; 采用 H IT ACH I S 3400N( !) 扫描电镜分析涂层在玻片表面固化后的表面形 貌 ; 以硅片为基底涂膜, 采用美国 J. A . Woollam 公司的 M 2000U XE 激光椭偏仪测量折射率。
Preparation and Charcterization of Titania/ Silicone Hybrid Thin Fil L UO Zhongkuan , L I Ruifei , LU O Zhenzhen
(1 Zhejiang Califor nia Int ernational Nano Sy st ems Institute, H angzhou 310029; 2 Co lleg e of Chemistry and Chemica l Eng ineering , Shenzhen U niv ersity , Shenzhen 518060) Abstract T etr abutox y titanate( T BT ) and g lycidox ypro py l tr imethox ysilane( GL Y M O) a re used as sources o f
100
材料导报 : 研究篇
2010 年 1 月( 下 ) 第 24 卷第 1 期
钛溶胶复合有机硅涂层材料的制备与表征*
王
(1
芳1, 2 , 青双桂1 , 罗仲宽1, 2 , 李瑞菲2 , 骆珍珍2
深圳大学化学与化工学院 , 深圳 518060)
浙江加州国际纳米技术研究院 , 杭州 310029; 2
随着光学材料的发展, 传统光学材料已不能满足人们对 材料和器件的微型化、 多功能化、 集成化等方面的要求。无 机 有机杂化材料既容易加工成型, 又可对折射率进行连续调 节 , 因此在高性能光学材料领域备受关注。 将纳米 T iO 2 与聚合物复合用以构造无机有机复合材料 是近年来国内外研究的热点 [ 1- 8] 。通过 Sol gel 技术可以将 三乙氧基硅烷封端的有机齐聚物与钛酸酯制备成一系列杂 化材料, 如 T iO2 / PA 、 TiO2 / PI 、 T iO 2 / PM MA 等。 Sarw ar 等[ 9] 将不同比例的 T POT 加入到聚酰胺的 DM F 溶 液中, 通过原位生成 溶胶凝胶法制备了透明的纳米复合材 料。通过充分的混合, T POT 在以二乙胺为催化剂的基体溶 液中水解缩合形成 T iO 2 网络 , 最终与 PI 基体实现了纳米水 平的复合。M ingna Xiong 等[ 12] 通过在位溶胶 凝胶法合成了 聚 [ 甲基丙烯酸甲酯/ 甲基丙烯酸( 3 三甲氧基硅烷基) 丙酯] / TiO 2 杂化光学薄膜 , 并对所得材料的结构、 光学性能和热性 能进行了详细表征。研究表明 , 杂化薄膜具有良好的热稳定 [ 13] 性、 表面平整性和高的折射率。Wang 等 采用原位溶胶 凝 胶法, 利用 T i iP 和 Zr( OBu) 4 为无机起始物 , 并以 MM A 和 M SM A 为有机单体和偶联剂, 将无机先驱体与有机预聚物 混合后 , 采用非水溶胶 凝胶路线首次制备了透明的三元纳米 复合 PM M A/ ZrO2 / T iO 2 薄膜, 并探讨了纳米复合薄膜的形
摘要 以钛酸丁酯 ( T BT ) 和 ( 2, 3 环氧丙氧 ) 丙基三甲 氧基硅烷 ( GL Y M O) 为原料 , 通过溶 胶 凝胶法制 备了 一类钛溶胶复合有机硅涂层材料 , 并采用多种手段对复合涂层 的微结构和 光学性 质进行 了表征 。 结 果表明 , 所 得复 合涂层材料的表面平整光滑 , 可见光透过率在 91% 以上 。 随着钛含量的增 加 , 涂 层的折射 率在 1. 49~ 1. 56( 633nm) 范围内呈上升趋势 。 关键词 钛溶胶 有机硅 涂层 中图分类号 : O 634. 4 文献标识 码 : A
钛溶胶复合有机硅涂层材料的制备与表征/ 王
芳等
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过长时间热固化后 , 由于乙醇分子和水分子的不断放出, 峰 形变小, 说明涂层中仍有残余未缩合的 T i OH 和 Si OH 。同 时 , 在热处理条件下, T i OH 和 Si OH 不断脱水、 缩合 , 转换 成 T i O Si 、 Si O Si 和 T i O Ti 键。在 波数 为 1087cm- 1 和 - 1 1104cm 处的峰归属为 Si O S i, 初步推测 KH 560 发生了水 解缩合反应, 有 Si O Si 基团产生。910cm - 1 处对应于 GLY M O 中环氧基团的特征吸收, 920~ 950cm- 1 处对应于 T i O Si 键的吸收峰。以上结果初步证明钛酸酯与硅烷偶联剂发 [ 15] 生了水解缩合反应 , 因而在最终的纳米涂层结构中形成了 有机无机杂化结构。