TiO<sub> 2</subBir Yumuşak kimya Yöntemi ile Sentezlenen Süper hidrofobik ve High IR-yansıtıcı özellikleri ile> -kaplı çukur cam Mikrokürelerinin
Summary
This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO2-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.
Abstract
Bu yazıda süperhidrofobik ve son derece IR yansıtıcı içi boş cam mikro kürecikler (HGM) geliştirmek için bir yumuşak kimya yöntemi önermektedir. Anataz TiO2 ve süperhidrofobik madde bir aşamada HGM yüzeyi üzerinde kaplandı. TBT ve PFOTES sırasıyla Ti kaynağı ve süperhidrofobik madde olarak seçildi. Her ikisi de HGM ile kaplanır ve hidrotermal işleminden sonra, TBT TiO2 anataz çevrildi. Bu şekilde, bir PFOTES / TiO2 HGM (MCHGM) hazırlandı -kaplı. Karşılaştırma için, tek kaplı HGM (F-SCHGM) ve TiO2 tek kaplı HGM (Ti-SCHGM) PFOTES de sentezlendi. HGM yüzeyinde PFOTES ve TiO2 kaplamalar X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve enerji dağıtıcı detektörü (EDS) karakterizasyonu ile gösterilmiştir. MCHGM 141.2 bir temas açısına sahip, daha büyük bir temas açısı (153 °), fakat, F-SCHGM daha kayar alt açı (16 °) göstermiştir6; ve bir 67 ° 'lik bir açı kayar. Buna ek olarak, her ikisi de Ti-SCHGM ve MCHGM orijinal HGM ve F-SCHGM yaklaşık% 5.8 daha fazla olduğu benzer İR yansıtma değerleri göstermiştir. Ayrıca PFOTES kaplama zorlukla ısı iletkenliği değiştirildi. Bu nedenle, F-SCHGM, 0,0479 W / (m · K) bir ısı iletkenliği ile oldukça 0.0475 W / (m mK) olan özgün HGM, gibiydi. MCHGM ve Ti-SCHGM da benzerdi. Bunların ısı iletkenliği değerleri sırasıyla 0.0543 W / (m · K) ve 0.0543 W / (m · K) idi. TiO2 kaplama hafif ısı iletkenliği yüksek ama yansıtma artış, toplam ısı yalıtımı özelliği gösterir iyileştirildi. Enfraruju yansıtan özelliği HGM kaplama ile temin edilmiştir çünkü kaplama kirlenmiş olan, son olarak, yansıtma azalır. Bu nedenle, süperhidrofobik kaplama, yüzey kirlenmesini korunur ve yaşam süresi de uzamaktadır.
Introduction
İçi boş cam mikro-küreler (HGM) 10 ila 100 um arasında değişen inorganik malzemelerdir. Bunlar, çok iyi bir dispersiyon, yüksek akış kabiliyeti, düşük yoğunluk ve üstün termik yalıtım özellikleri, 1, 2, 3, 4 gibi birçok yararlı özellik göstermelidir. Çünkü bunların, içi boş yapının, HGM, son derece düşük bir termal iletkenliğe 10, 11 sahiptir. Bu nedenlerden dolayı, bu havacılık vb mühendislik 5, derin deniz keşif 6, 7, hidrojen depolama 8, 9, ancak, yine de, örneğin, düşük mukavemet gibi bazı dezavantajları göstermektedir da dahil olmak üzere, pek çok alanlarda uygulanır. Ayrıca, IR ışığı HGM üzerinden iletmek ve arkasında konusu ısı edebilmektedir. onun içinE, HGM yüzey modifikasyonları, radyasyon ısı transferini azaltmak için çok önemlidir. Etkili bir yöntem kaplamak için HGM yüzeyi üzerine bir IR-bloke edici maddedir. Bir yarı iletken olarak, TiO2, örneğin foto-kataliz 12, 13, güneş hücresi gelişimi, sensör üretimi 14, çevre uygulamaları 15, ve enerji depolama 16 gibi birçok alanda, kullanılmıştır. Buna ek olarak, aynı zamanda, görünür ışık ve enfraruj 17, 18, 19, düşük emisyon gösterir. Bu nedenle, bizim için, TiO2 nedeniyle nispeten düşük fiyat ve yüksek performans için ihtiyatlı bir seçim oldu.
Bununla birlikte, kaplama kirleticiler ciddi TiO2 reflektivitesini etkiler, kirlenme oldukça kolaydır. yansıtma kademeli olarak azaltmalıdır. Bu nedenle, bir self temizleyen kaplamanın kirletici kaplama engellemek ve bu tür bir kaplamanın çalışma süresini uzatmak için esastır.
Bu yazıda, yumuşak kimya yöntemi süperhidrofobik TiO2 ıslah edilmiş HGM geliştirmek için kullanılmıştır. Tetrabütil titanat (TBT) ve 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) sırasıyla Ti kaynağı ve süperhidrofobik madde olarak seçildi. Bunlar hidrolize ve HGM yüzeyde biriken bulundu. Daha sonra, hidrotermal işleminden sonra, anataz TiO2 HGM yüzeyinde oluşan ve süperhidrofobik özellikleri kalmıştır. Karşılaştırma için, tek kaplı HGM (F-SCHGM) ve TiO2 tek kaplı HGM (Ti-SCHGM) PFOTES de sentezlendi. Sentez şeması Şekil 1 'de gösterilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda protokolde kritik adım hidrotermal süreçtir. Bu TiO2 oluşumunun son yansıtıcılık ve superhydrophobicity etkiler. Sıcaklık kontrolü ve reaksiyon süresi de oldukça önemlidir. Reaksiyon koşulları değiştirirseniz, nihai ürünler kusurlu edilebilir.
Bu yöntem, bir aşamada süperhidrofobik ve son derece IR yansıtıcı HGM sentezlenmesi için basit bir yol sağlar. Önceki çalışmada, süperhidrofobik ve yansıtma özellikleri, ayrı yollarla <sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu yazıda anlatılan çalışma CII-HK / POLYU İnovasyon Fonu bir hibe ile desteklenmiştir. Bir başka destek Shenzhen Peacock Planı (KQTD2015071616442225) ve Çin Hükümeti "Bin Yetenek" Programı (Y62HB31601) tarafından sağlandı. Ayrıca, Uygulamalı Biyoloji Bölümü ve Kimya Teknolojisi Hong Kong Politeknik Üniversitesi ve Sürdürülebilir Kentsel Kalkınma Hong Kong Politeknik Üniversitesi Araştırma Enstitüsü (RISUD) dan yardım takdir edilmektedir.
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).
