树莓形SiO_(2)–TiO_(2)纳米粒子的制备及其在光学涂层中的应用

摘要

目的提高TiO_(2)纳米粒子在复合光学薄膜中的分散性及光催化自清洁效率。方法以通过Stöber法制备的粒径为70、140 nm的SiO_(2)粒子与酸催化法制备的粒径为5 nm的TiO_(2)粒子为原料,分别使用硅烷偶联剂3–氨丙基三乙氧基硅烷(APTES,或KH550)与γ–缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷(GLYMO,或KH560)对2种纳米粒子进行表面改性。通过2种粒子表面的化学基团之间的化学键,将2种粒子进行偶联,形成了小粒子包覆大粒子的树莓形结构,并利用溶胶–凝胶法制备了光学涂层,通过紫外–可见分光光度计、红外光谱仪、激光粒度仪等多种表征设备对制备的复合纳米粒子及构筑的薄膜的结构、形貌和性能进行了分析。结果粒径较小的TiO_(2)纳米粒子通过表面基团的反应均匀地包覆在粒径较大的TiO_(2)纳米粒子表面形成树莓形的复合结构,构筑的薄膜具有较高的透光率(>90%),较好地保留了玻璃基底的透过率,在紫外辐照条件下可在120 min内完全降解有机污染物,具有高效的光催化自清洁功能。水接触角测试表明,膜层表面具有较高的亲水性,其接触角最低可达2.68°,因此具有较好的防雾性能。此外,膜层的透过率在耐摩擦试验中表现出较高的稳定性,摩擦测试前后透过率变化在1.0%以内。结论通过表面基团偶联的方法成功制备了树莓形复合纳米粒子,以该粒子构筑的涂层材料兼具透光性、高效光催化自清洁性以及防雾性能,并且具有良好的机械强度。