TiO<sub> 2</subMicroesferas de vidro ocas> -Revestido com propriedades super-hidrofóbicas e alta IR-reflexivo sintetizados por um método Soft-química
Summary
This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO2-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.
Abstract
Este manuscrito propõe um método-química suave para desenvolver microesferas de vidro ocas e hidrofóbicas altamente IR-reflectoras (HGM). A anatase TiO2 e um agente de super-hidrófobos foram revestidos sobre a superfície de HGM em um passo. TBT e PFOTES foram seleccionados como a fonte de Ti e o agente de super-hidrófobos, respectivamente. Eles foram ambos revestidos no HGM, e após o processo hidrotermal, o TBT se virou para anatase TiO2. Desta forma, um PFOTES / TiO 2 -Revestido HGM (MCHGM) foi preparado. Para comparação, PFOTES HGM-revestido único (F-SCHGM) e de TiO 2 HGM-revestido único (Ti-SCHGM) foram sintetizados como bem. Os PFOTES e TiO 2 revestimentos na superfície de HGM foram demonstrados por meio de difracção de raios-X (DRX), microscopia electrónica de varrimento (SEM), e caracterizações detector de dispersão de energia (EDS). O MCHGM mostraram um maior ângulo de contacto (153 °), mas um menor ângulo de deslizamento (16 °) do que o F-SCHGM, com um ângulo de contacto de 141,26; e um ângulo de 67 ° de deslizamento. Além disso, tanto Ti-SCHGM e MCHGM apresentado valores de reflectividade IV semelhantes, que eram de cerca de 5,8% mais elevada do que a HGM original e F-SCHGM. Além disso, o revestimento PFOTES pouco mudou a condutividade térmica. Portanto, F-SCHGM, com uma condutividade térmica de 0,0479 W / (m.K), foi bastante como o HGM original, que foi 0,0475 W / (mK). MCHGM e Ti-SCHGM também foram semelhantes. Os seus valores de condutividade térmica foram 0,0543 W / (mK) e 0,0543 W / (m.K), respectivamente. O revestimento de TiO2 aumentou ligeiramente a condutividade térmica, mas com o aumento da reflectividade, a propriedade de isolamento térmico global-se reforçada. Finalmente, uma vez que a propriedade de reflexão de IR é fornecido pelo revestimento HGM, se o revestimento for derrubado, a ref lectividade diminui. Portanto, com o revestimento hidrofóbicas, a superfície é protegido de incrustao, e também a sua vida útil é prolongada.
Introduction
microesferas de vidro ocas (HGM) são materiais inorgânicos que variam em tamanho de 10 a 100? m. Eles demonstram muitas características úteis, tais como a excelente dispersão, capacidade de fluxo elevada, baixa densidade, e propriedades de isolamento térmico superiores 1, 2, 3, 4. Devido à sua estrutura oca, HGM têm uma condutividade térmica extremamente baixa 10, 11. Por estas razões, eles são aplicadas em muitas áreas, incluindo a engenharia aeroespacial 5, exploração de alto mar 6, 7, 8 de armazenamento de hidrogénio, 9, etc. No entanto, eles ainda demonstrar algumas desvantagens, tais como a baixa resistência. Além disso, a luz infravermelha é capaz de transmitir através HGM e aquecer o objecto atrás. mesmose, modificações de superfície sobre HGM são essenciais para reduzir a transferência térmica radiativa. Um método eficaz consiste em revestir um material de bloqueio de IR para a superfície de HGM. Como um semicondutor, TiO 2 tem sido usados em muitas áreas, tais como foto-catálise 12, 13, desenvolvimento de células solares, fabrico de sensores 14, 15 aplicações ambientais, e de armazenamento de energia 16. Além disso, ele também mostra baixa emissividade à luz visível e infravermelha de banda 17, 18, 19. Portanto, para os nossos propósitos, TiO 2 foi uma seleção prudente devido ao seu preço relativamente baixo e alto desempenho.
No entanto, o revestimento é muito fácil para os poluentes para sujar, o que afeta seriamente a refletividade do TiO 2. A refletividade deve reduzir gradualmente. Portanto, um self-limpeza do revestimento é essencial para evitar que o revestimento de incrustação e para prolongar o tempo de trabalho de um tal revestimento.
Neste texto, um método-química suave foi usada para desenvolver hidrofóbicas TiO2 -Revestido HGM. Titanato de tetrabutilo (TBT) e 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) foram seleccionados como a fonte de Ti e agente de super-hidrófobos, respectivamente. Eles foram hidrolisados e depositado sobre a superfície de HGM. Em seguida, depois de o processo hidrotermal, a anatase TiO2 formado na superfície do HGM, e as propriedades hidrofóbicas permaneceu. Para comparação, PFOTES HGM-revestido único (F-SCHGM) e de TiO 2 HGM-revestido único (Ti-SCHGM) foram sintetizados como bem. O esquema de síntese é mostrado na Figura 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste texto, o passo crítico no protocolo é o processo hidrotermal. Ela influencia a formação de TiO 2, a ref lectividade final, e o superhydrophobicity. O controlo da temperatura e tempo de reacção também são bastante significativas. Se as condições de reação mudam, os produtos finais podem ser falho.
Este método oferece uma maneira simples de sintetizar e hidrofóbicas altamente IR-reflexivo HGM em um passo. Na investigação anterior, as propriedades hidrofóbicas …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O trabalho descrito neste trabalho foi apoiado por uma bolsa do Fundo de Inovação CII-HK / PolyU. Um apoio adicional foi fornecido pelo Plano de Shenzhen Peacock (KQTD2015071616442225) eo Governo chinês Programa "Mil Talentos" (Y62HB31601). Além disso, a ajuda do Departamento de Biologia Aplicada e Tecnologia Química da Universidade Politécnica de Hong Kong e do Instituto de Hong Kong Universidade Politécnica Pesquisa para o Desenvolvimento Urbano Sustentável (RISUD) é apreciado.
Materials
| HGM | Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Science | N/A | N/A |
| TBT | Sigma-Aldrich | CAS#: 5593-70-4 | Analytical grade |
| Ethyl Alcohol | Sigma-Aldrich | CAS#: 64-17-5 | Analytical grade |
| PFOTES | Sigma-Aldrich | CAS#: 51851-37-7 | 98% |
References
- Yung, K. C., Zhu, B. L., Yue, T. M., Xie, C. S. Preparation and properties of hollow glass microsphere-filled epoxy-matrix composites. Compos. Sci. Technol. 69 (2), 260-264 (2008).
- Xu, N., Dai, J., Zhu, Z., Huang, X., Wu, P. Synthesis and characterization of hollow glass-ceramics microspheres. Compos. Sci. Technol. 72 (4), 528-532 (2011).
- Li, B., Yuan, J., An, Z., Zhang, J. Effect of microstructure and physical parameters of hollow glass microsphere on insulation performance. Mater. Lett. 65 (12), 1992-1994 (2011).
- Hu, Y., Mei, R., An, Z., et al. Silicon rubber/hollow glass microsphere composites: Influence of broken hollow glass microsphere on mechanical and thermal insulation property. Compos. Sci. Technol. 79, 64-69 (2013).
- Geleil, A. S., Hall, M. M., Shelby, J. E. Hollow glass microspheres for use in radiation shielding. J. Non-Cryst. Solids. 352, 620-625 (2006).
- Khimiya. . Handbook of Fillers for Polymeric Composite Materials [Russian translation]. , (1981).
- Greiner-Bar, G. HoNe Mikroglaskugeln. Herstellung, Eigenschaften und Anwendung. Silikattechnik. 40 (1), 23-25 (1989).
- Kool, L. B. Method for storing hydrogen, and related articles and systems. United States Patent. , (2010).
- Brow, R. K., Schmitt, M. L. A survey of energy and environmental application of glass. J. Eur. Ceram. Soc. 29, 1193-1201 (2009).
- Awaja, F., Arhatari, B. D. X-ray Micro Computed Tomography investigation of accelerated thermal degradation of epoxy resin/glass microsphere syntactic foam. Composites Part A. 40 (8), 1217-1222 (2009).
- Wang, S., Luo, R., Ni, Y. Preparation and characterization of resin-derived carbon foams reinforced by hollow ceramic microspheres. Mater. Sci. Eng., A. 527 (15), 3392-3395 (2010).
- Carp, O., Huisman, C. L., Reller, A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Prog. Solid State Chem. 32 (1), 33-177 (2004).
- Fujishima, A., Rao, T. N., Tryk, D. A. Titanium dioxide photocatalysis. J. Photochem. Photobiol. C. 1 (1), 1-21 (2000).
- Fujishima, A. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 238 (5358), 37-38 (1972).
- Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W., et al. Environmental applications of semiconductor photocatalysis. Chem. Rev. 95 (1), 69-96 (1995).
- Chen, X., Mao, S. S. Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications. Chem. Rev. 107 (7), 2891-2959 (2007).
- Yuan, J., An, Z., Li, B., et al. Facile aqueous synthesis and thermal insulating properties of low-density glass/TiO2 core/shell composite hollow spheres. Particuology. 10 (4), 475-479 (2012).
- Yan, H., Yuanhao, W., Hongxing, Y. TEOS/silane coupling agent composed double layers structure: A novel super-hydrophilic coating with controllable water contact angle value. Appl. Energy. , (2015).
- Wang, Y., Yang, H., Lu, L. Three-dimensional double deck meshlike dye-sensitized solar cells. J. Appl. Phys. 108 (6), 064510 (2010).
- Wang, Y., Yang, H., Xu, H. DNA-like dye-sensitized solar cells based on TiO 2 nanowire-covered nanotube bilayer film electrodes. Mater. Lett. 64 (2), 164-166 (2010).
- Wang, Y., Lu, L., Yang, H., et al. Development of high dispersed TiO2 paste for transparent screen-printable self-cleaning coatings on glass. J. Nanopart. Res. 15 (1), 1-6 (2013).
- Kwok, D. Y., Neumann, A. W. Contact angle measurement and contact angle interpretation. Adv. Colloid Interface Sci. 81 (3), 167-249 (1999).
- Pierce, E., Carmona, F. J., Amirfazli, A. Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments. Colloids Surf., A. 323 (1), 73-82 (2008).
- Kim, W. S., Kim, T. H., Kim, E. S., et al. Microwave dielectric properties and far infrared reflectivity spectra of the (Zr0. 8Sn0. 2) TiO4 ceramics with additives. Jpn. J. Appl. Phys. 37 (9S), 5367 (1998).
- Hasselman, D. P. H., Johnson, L. F. Effective thermal conductivity of composites with interfacial thermal barrier resistance. J. Compos. Mater. 21 (6), 508-515 (1987).
- Cassie, A. B. D., Baxter, S. Wettability of porous surfaces. Trans. Faraday Soc. 40, 546-551 (1944).
- Wenzel, R. N. Resistance of solid surfaces to wetting by water. Ind. Eng. Chem. Res. 28 (8), 988-994 (1936).
- Shirtcliffe, N. J., McHale, G., Newton, M. I., et al. Intrinsically superhydrophobic organosilica sol-gel foams. Langmuir. 19 (14), 5626-5631 (2003).
- Rothstein, J. P. Slip on superhydrophobic surfaces. Annu. Rev. Fluid Mech. 42, 89-109 (2010).
- Rodošek, M., Kreta, A., Gaberšček, M., et al. Ex situ IR reflection-absorption and in situ AFM electrochemical characterisation of the 1, 2-bis (trimethoxysilyl) ethane-based protective coating on AA 2024 alloy. Corros. Sci. 102, 186-199 (2016).
- Jiang, J., Zhang, J., Zhu, P., et al. High pressure studies of Ni 3[(C 2 H 5 N 5) 6 (H 2 O) 6](NO 3) 6· 1.5 H 2 O by Raman scattering, IR absorption, and synchrotron X-ray diffraction. RSC Adv. 6 (69), 65031-65037 (2016).
- Arukalam, I. O., Oguzie, E. E., Li, Y. Fabrication of FDTS-modified PDMS-ZnO nanocomposite hydrophobic coating with anti-fouling capability for corrosion protection of Q235 steel. Journal of Colloid and Interface Science. 484, 220-228 (2016).
- Hou, W., Xiao, Y., Han, G., et al. Serrated, flexible and ultrathin polyaniline nanoribbons: An efficient counter electrode for the dye-sensitized solar cell. J. Power Sources. 322, 155-162 (2016).
