TiO₂ -belagt hule glassmikrosfærer med superhydrophobic og høy IR-reflekterende egenskaper syntetisert ved en Soft-kjemi 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 manuskriptet foreslår en myk-kjemi metode for å utvikle superhydrophobic og sterkt IR-reflektive hule glassmikrosfærer (HGM). Den anatase TiO ₂ og en superhydrophobic middel ble belagt på HGM overflate i ett trinn. TBT og PFOTES ble valgt som Ti kilden og superhydrophobic middel, henholdsvis. De ble begge belagt på HGM, og etter den hydrotermiske prosess, TBT slått til anatase TiO _2. På denne måten kan en PFOTES / _TiO2-belagte HGM (MCHGM) fremstilt. For sammenligning PFOTES enkelt-belagte HGM (F-SCHGM) og TiO ₂ single-belagte HGM (Ti-SCHGM) ble syntetisert i tillegg. De PFOTES og TiO ₂ belegg på overflaten HGM ble påvist ved røntgendiffraksjon (XRD), scanning elektronmikroskopi (SEM), og energi-dispersiv detektor (EDS) karakterisering. Den MCHGM viste en høyere kontaktvinkel (153 °), men en nedre glidevinkel (16 °) enn F-SCHGM, med en kontaktvinkel på 141,26; og en glidevinkel på 67 °. I tillegg er både Ti-SCHGM og MCHGM vises liknende IR reflektivitets-verdier, som var omtrent 5,8% høyere enn den opprinnelige HGM og F-SCHGM. Også, PFOTES belegget knapt endret den termiske ledningsevne. Derfor, F-SCHGM, med en varmeledningsevne på 0,0479 W / (m.K), var ganske som den opprinnelige HGM, som var 0,0475 W / (m.K). MCHGM og Ti-SCHGM var også tilsvarende. Deres varmeledningsevneverdier var 0,0543 W / (m.K) og 0,0543 W / (m.K), henholdsvis. Den TiO ₂ Belegget noe økt varmeledningsevne, men med økningen i refleksjonsevne, ble den totale varmeisolasjonsegenskap forbedret. Til slutt, siden IR-reflekterende egenskap tilveiebringes av HGM belegget, hvis belegget er tilsmusset, avtar refleksjonsevnen. Derfor, med den superhydrophobic belegg, blir overflaten beskyttes mot begroing, og dens levetid blir også forlenget.

Introduction

Hule glassmikrosfærer (HGM) er uorganiske materialer som varierer i størrelse fra 10 til 100 um. De viser mange nyttige funksjoner, så som utmerket dispersjon, høy flyteevne, lav tetthet, og overlegne termiske isolasjonsevne ^{1, 2, 3, 4.} På grunn av deres hul struktur, HGM ha en meget lav varmeledningsevne ^{10, 11.} Av disse grunner er de anvendes på mange områder, blant annet Aerospace Engineering ^5, dypvannsleting ^{6, 7,} hydrogenlagring ^{8, 9,} etc. Men de fremdeles viser noen ulemper, slik som lav styrke. I tillegg, er IR-lys i stand til å overføre via HGM og oppvarme emnet bak. derfore, overflatemodifiseringer på HGM er avgjørende for å redusere strålingsvarmeoverføringen. En effektiv metode er å belegge en IR-blokkerende materiale på HGM overflate. Som en halvleder, er TiO ₂ blitt brukt i mange områder, for eksempel i fotokatalyse ^{12, 13,} sol- celleutvikling sensor fabrikasjon ^14, miljøanvendelser ^15, og energilagring ^16. I tillegg viser det også lav emissivitet i synlig lys og infrarødt bånd ^{17, 18, 19.} Derfor, for vårt formål, TiO ₂ var et klokt valg på grunn av sin relativt lav pris og høy ytelse.

Imidlertid er belegget ganske enkelt for forurensing til foul, som alvorlig påvirker refleksjon av TiO _2. Refleksjon må redusere gradvis. Derfor er en self-rensing belegg er avgjørende for å hindre at belegget mot begroing, og å forlenge brukstiden for et slikt belegg.

I dette manuskriptet, ble en myk-kjemi metode som brukes for å utvikle superhydrophobic TiO _2-belagte HGM. Tetrabutyltitanat (TBT) og 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) ble valgt som kilde Ti og superhydrophobic middel, henholdsvis. De ble hydrolysert og avsatt på HGM overflaten. Deretter, etter den hydrotermiske prosess, den anatase TiO ₂ dannet på HGM overflaten, og de superhydrophobic egenskaper forble. For sammenligning PFOTES enkelt-belagte HGM (F-SCHGM) og TiO ₂ single-belagte HGM (Ti-SCHGM) ble syntetisert i tillegg. Den synteseskjema er vist i figur 1.

Protocol

1. Forbehandling av HGM Plasser HGM inn i en 500 ml begerglass med 200 ml absolutt alkohol; den lave tetthet ubrutt HGM får den til å suspendere i alkohol, men fordi tettheten av knust HGM er større enn det av alkohol, det utfelles i løsningen. Etter 30 minutter, samle de suspenderte HGM ved hjelp av en ren skje og tørk ved 80 ° C i en ovn for ytterligere anvendelse. 2. Syntese av MCHGM Plasser 5 g ubrutt HGM, 47,5 ml etanol, og 2,5 ml DI-vann i en trehalset…

Representative Results

Testene i trinn 4.4 avsløre mange funksjoner og egenskaper av prøvene. XRD (figur 2) reflekterer dannelse av anatase TiO 2. Den SEM (figur 3) og EDS (figur 4) viser TiO 2 og PFOTES som er belagt på den HGM overflaten. Kontaktvinkelen (figur 5) og rasvinkel (figur 6) tester representerer superhydrophobicity. Den VIS-NIR transmittans test (figur 8) beskriver de ref…

Discussion

I dette manuskriptet, det kritiske trinn i protokollen er den hydrotermiske prosess. Det påvirker dannelsen av TiO _2, den endelige reflektivitet, og den superhydrophobicity. Den temperaturkontroll og reaksjonstiden er også ganske betydelig. Hvis reaksjonsbetingelsene endrer seg, kan de endelige produktene være feil.

Denne metode gir en enkel måte for å syntetisere superhydrophobic og sterkt IR-reflekterende HGM i ett trinn. I tidligere undersøkelser ble superhydrophobic og r…

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%