تيو<sub> 2</sub> المغلفة زجاج مجوف الجزئي مع خصائص Superhydrophobic العالية والأشعة تحت الحمراء للانعكاس تجميعي بطريقة لينة الكيمياء
Summary
This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO2-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.
Abstract
وتقترح هذه المخطوطة طريقة لينة الكيمياء لتطوير المجهرية الزجاج جوفاء superhydrophobic ودرجة عالية من الأشعة تحت الحمراء للانعكاس (HGM). والمغلفة التيتانيوم Anatase تيو 2 وكيل superhydrophobic على سطح HGM في خطوة واحدة. وقد تم اختيار TBT وPFOTES كمصدر تي وكيل superhydrophobic، على التوالي. كانوا على حد سواء المغلفة على HGM، وبعد عملية الحرارية المائية، وتحول TBT إلى التيتانيوم Anatase تيو 2. في هذه الطريقة، PFOTES / تيو 2 المغلفة HGM (MCHGM) أعدت. وعلى سبيل المقارنة، PFOTES واحد المغلفة HGM (F-SCHGM) وتيو 2 واحد المغلفة HGM (تي-SCHGM) تم تصنيعه أيضا. وقد أظهرت PFOTES وتيو 2 الطلاء على السطح HGM من خلال حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني (SEM)، وكاشف المشتتة للطاقة (EDS) الأوصاف. أظهرت MCHGM زاوية أعلى الاتصال (153 درجة) ولكن أقل انزلاق زاوية (16 درجة) من F-SCHGM، مع زاوية الاتصال 141.26؛ وانزلاق زاوية 67 درجة. وبالإضافة إلى ذلك، عرض كل من تي-SCHGM وMCHGM القيم IR انعكاسية مماثلة، والتي كانت أعلى نحو 5.8٪ من HGM الأصلي وF-SCHGM. أيضا، وطلاء PFOTES بالكاد تغيرت التوصيل الحراري. ولذلك، F-SCHGM، مع التوصيل الحراري من 0.0479 W / (م · K)، وكان تماما مثل HGM الأصلي، الذي كان 0.0475 W / (م · K). كانت مشابهة أيضا MCHGM وتي SCHGM. كانت قيمهم الموصلية الحرارية 0.0543 W / (م · K) و0.0543 W / (م · K)، على التوالي. طلاء تيو 2 زيادة طفيفة الموصلية الحرارية، ولكن مع زيادة انعكاسية، تم تعزيز الملكية العزل الحراري بشكل عام. وأخيرا، منذ يتم توفير الملكية التي تعكس الأشعة تحت الحمراء عن طريق طلاء HGM، إذا تم عرقلة طلاء، يقلل من انعكاسية. لذلك، مع طلاء superhydrophobic، وحماية السطح من قاذورات، والتي تستغرق من عمر البطارية أيضا.
Introduction
المجهرية الزجاج جوفاء (HGM) هي مواد غير عضوية تتراوح في حجمها 10-100 ميكرون. أن تثبت العديد من الخصائص المفيدة، مثل تشتت ممتازة، والقدرة تدفق عالية، ومنخفض الكثافة، ومتفوقة خصائص العزل الحراري 1، 2، 3، 4. بسبب هيكلها جوفاء، HGM لها الموصلية الحرارية المنخفضة جدا 10 و 11. لهذه الأسباب، يتم تطبيقها في العديد من المجالات، بما في ذلك هندسة الطيران 5 والتنقيب في أعماق البحار 6 و 7 و تخزين الهيدروجين 8 و 9، وما إلى ذلك، فإنها لا تزال تثبت بعض العيوب، مثل قوة منخفضة. وبالإضافة إلى ذلك، ضوء الأشعة تحت الحمراء غير قادرة على نقل خلال HGM وتسخين هذا الموضوع وراءها. لذلكه، والتعديلات على سطح HGM ضرورية للحد من النقل الحراري الإشعاعي. وسيلة فعالة هو معطف مادة حاجبة الأشعة تحت الحمراء على سطح HGM. كما أشباه الموصلات، وقد استخدمت تيو 2 في العديد من المجالات، مثل الصور الحفز 12 و 13، وتطوير الخلايا الشمسية، وأجهزة الاستشعار تصنيع 14، والتطبيقات البيئية 15، وتخزين الطاقة 16. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يظهر أيضا الابتعاثية منخفضة في الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء الفرقة 17 و 18 و 19. لذلك، لأغراضنا، كان تيو 2 مجموعة الحكيمة نظرا لانخفاض الاسعار نسبيا والأداء العالي.
ومع ذلك، وطلاء من السهل جدا للملوثات كريهة، والذي يؤثر بشكل خطير على انعكاسية تيو 2. انعكاسية يجب أن تقلل تدريجيا. ولذلك، فإن قانون حالة الطوارئو تنظيف طلاء ضروري لمنع طلاء من قاذورات وإطالة وقت العمل من هذا الطلاء.
في هذه المخطوطة، تم استخدام طريقة لينة الكيمياء لتطوير superhydrophobic تيو 2 المغلفة HGM. وقد تم اختيار رباعي بيوتيل تيتانات (TBT) و1H، 1H، 2H، 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) كمصدر تي وكيل superhydrophobic، على التوالي. وتحلل أنها وتترسب على سطح HGM. ثم، بعد عملية الحرارية المائية، والتيتانيوم Anatase تيو 2 تشكلت على سطح HGM، وظلت خصائص superhydrophobic. وعلى سبيل المقارنة، PFOTES واحد المغلفة HGM (F-SCHGM) وتيو 2 واحد المغلفة HGM (تي-SCHGM) تم تصنيعه أيضا. يظهر مخطط التوليف في الشكل 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا المخطوط، وخطوة حاسمة في البروتوكول هي عملية الحرارية المائية. أنه يؤثر على تشكيل تيو 2، وانعكاسية النهائي، وsuperhydrophobicity. التحكم في درجة الحرارة وفترة رد الفعل هي أيضا كبيرة جدا. إذا تغيرت ظروف التفاعل، والمنتجات النهائية يمكن أن تكون معيبة.
<p class="jove_content"…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد العمل الموصوف في هذه الورقة من خلال منحة من صندوق CII-HK / PolyU الابتكار. وقدمت المزيد من الدعم من قبل خطة شنتشن الطاووس (KQTD2015071616442225) والحكومة الصينية "ألف المواهب" برنامج (Y62HB31601). أيضا، وأعرب عن تقديره للمساعدة من قسم الأحياء التطبيقية والتكنولوجيا الكيميائية من جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية ومعهد هونغ كونغ جامعة البوليتكنيك لبحوث التنمية الحضرية المستدامة (RISUD).
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).
