TiO₂ -overtrukne Hollow glasmikrokugler med superhydrofobe og høj IR-reflekterende egenskaber syntetiseres ved en Soft-kemi Metode

Summary

This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO₂-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.

Abstract

Dette håndskrift foreslår en blød-kemi metode til at udvikle superhydrophobic og yderst IR-reflekterende hule glasmikrokugler (hGM). Anatas _TiO2 og et superhydrofob middel blev coatet på HGM overflade i et trin. TBT og PFOTES blev valgt som Ti kilde og den superhydrofobe middel hhv. De blev begge coated på HGM, og efter hydrotermiske proces, TBT vendte sig til anatase _TiO2. På denne måde, en PFOTES / _TiO2 -coatede HGM (MCHGM) blev fremstillet. Til sammenligning PFOTES single-belagt HGM (F-SCHGM) og _TiO2 single-coatede HGM (Ti-SCHGM) blev syntetiseret samt. De PFOTES og TiO ₂ belægninger på HGM overflade blev påvist gennem røntgendiffraktion (XRD), scanning elektronmikroskopi (SEM), og energi-dispersive detektor (EDS) karakteriseringer. Den MCHGM viste en højere kontaktvinkel (153 °), men en lavere glidende vinkel (16 °) end F-SCHGM, med en kontaktvinkel på 141,26; og en glidende vinkel på 67 °. Desuden har både Ti-SCHGM og MCHGM viste lignende IR reflektivitet værdier, som var ca. 5,8% højere end den oprindelige HGM og F-SCHGM. Også den PFOTES belægning ændrede sig ikke meget den termiske ledningsevne. Derfor, F-SCHGM, med en varmeledningsevne på 0,0479 W / (m · K), var helt ligesom den oprindelige HGM, som var 0,0475 W / (m · K). MCHGM og Ti-SCHGM var også lignende. Deres varmeledningsevne var 0,0543 W / (m · K) og 0,0543 W / (m · K) hhv. _TiO2 coating let øget varmeledningsevnen, men med stigningen i reflektivitet blev den samlede varmeisolerende egenskab forbedres. Endelig eftersom IR-reflekterende egenskab tilvejebringes af HGM belægning, hvis overtrækket er tilstoppet, falder refleksionsevne. Derfor, med den superhydrofobe overtræk er overfladen beskyttet mod tilsmudsning, og dets levetid er også forlænget.

Introduction

Hule glasmikrokugler (hGM) er uorganiske materialer varierer i størrelse fra 10 til 100 um. De viser mange nyttige funktioner, såsom fremragende dispersion, høj flydeevne, lav densitet og overlegne termiske isoleringsegenskaber ^{1, 2, 3, 4.} På grund af deres hul struktur, HGM har en ekstremt lav varmeledningsevne ^{10, 11.} Af disse grunde anvendes de på mange områder, herunder Aerospace Engineering ^5, oceangående udforskning ^{6, 7,} hydrogen opbevaring ^{8, 9} osv Men de stadig demonstrere nogle ulemper, såsom lav styrke. Desuden IR-lys er i stand til at sende gennem HGM og opvarm motiv bag. derfore, overflademodifikationer på HGM er afgørende for at mindske radiative termisk overførsel. En effektiv metode er at belægge en IR-blokerende materiale på HGM overflade. Som en halvleder, er _TiO2 blevet anvendt på mange områder, såsom fotokatalyse ^{12, 13,} solcelle udvikling, sensor fabrication ^14, miljømæssige anvendelser ^15, og energilagring ^16. Desuden viser også lav emissivitet i synligt lys og infrarødt bånd ^{17, 18, 19.} Derfor, for vores formål, _TiO2 var en forsigtig udvalg på grund af sin relativt lav pris og høj ydeevne.

Men belægningen er helt let for forurenende stoffer til fejl, som i alvorlig grad påvirker refleksionsevne af _TiO2. Den refleksivitet skal reducere gradvist. Derfor er en self-rengøring belægning er afgørende for at forhindre belægningen i at begroning og for at forlænge arbejdstiden for en sådan belægning.

I dette manuskript blev en soft-kemi metode anvendes til at udvikle superhydrofobe _TiO2 overtrukket HGM. Tetrabutyltitanat (TBT) og 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) blev valgt som Ti kilde og superhydrofobe middel hhv. De blev hydrolyseret og deponeres på HGM overflade. Derefter efter den hydrotermiske proces, anatase _TiO2 dannet på HGM overflade, og de superhydrophobic egenskaber tilbage. Til sammenligning PFOTES single-belagt HGM (F-SCHGM) og _TiO2 single-coatede HGM (Ti-SCHGM) blev syntetiseret samt. Synteseskemaet er vist i figur 1.

Protocol

1. Forbehandling af HGM Placer HGM i en 500 ml bæger med 200 ml absolut alkohol; den lave densitet af ubrudt HGM får den til at suspendere i alkoholen, men fordi densiteten af ​​brudte HGM er større end den for alkohol, det udfældes i opløsningen. Efter 30 minutter opsamles det suspenderede HGM hjælp af en ren ske og tør ved 80 ° C i en ovn i yderligere anvendelse. 2. Syntese af MCHGM 5 g af ubrudt HGM, 47,5 ml ethanol, og 2,5 ml Dl-vand i en trehalset…

Representative Results

Prøverne i trin 4.4 afsløre mange funktioner og egenskaber af prøverne. XRD (Figur 2) afspejler dannelsen af anatas TiO2. SEM (figur 3) og EDS (figur 4) vist TiO2 og PFOTES der er overtrukket på HGM overflade. Kontaktvinklen (figur 5) og glidende vinkel (figur 6) forsøg repræsenterer superhydrophobicity. Den Vis-NIR transmittans test (figur 8) beskriver de ref…

Discussion

I dette manuskript, det kritiske trin i protokollen er den hydrotermiske proces. Den påvirker dannelsen af _TiO2, den endelige refleksionsevne, og superhydrophobicity. Temperaturstyringen og reaktionstiden er også ganske betydelig. Hvis reaktionsbetingelserne ændrer sig, kan de endelige produkter være fejlbehæftet.

Denne fremgangsmåde tilvejebringer en enkel måde at syntetisere superhydrofobe og yderst IR-reflekterende HGM i et trin. I tidligere forskning blev superhydrophob…

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%