本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法。
背景技术：
玻璃是传统汽车工业、建筑行业等领域的装饰、改性支柱材料。随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人类面临越来越严峻的能源短缺、环境污染等威胁与挑战，如空气污染会使玻璃制品表面逐渐失去光彩。另外，玻璃制品表面吸附了空气中的有机物后，形成污垢，表面变脏。玻璃的表面清洗已成为日常生活及维护的难题，尤其高级建筑幕墙玻璃，其清洁存在高空作业，危险性大；有一定的腐蚀性，同时产生的废水给环境带来二次污染；用水量大，浪费了水资源。
二氧化钛是N型半导体，当受到能量大于禁带宽度的光子照射时，将产生强还原性的导带电子和强氧化性的价带空穴。具有活性的电子和空穴与所处环境中的氧气和水分作用就产生了二氧化钛的光催化性。其催化氧化性能分解各类有机物，最终生成二氧化碳和水，这个过程可使二氧化钛薄膜表面的有机物消失。又因为二氧化钛薄膜具有很好的亲水性，水滴可将薄膜表面的无机物冲刷掉。
技术实现要素：
本发明旨在解决上述问题，提供一种二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在104mL无水乙醇中加入8mL二乙醇胺，以此作为抑制剂，延缓钛酸丁酯的强烈水解，再加入乙酸20mL和蒸馏水1mL，搅拌30-45min；
（2）取钛酸丁酯，滴加于其中，搅拌1h，陈化24h后得到稳定的二氧化钛溶胶；
（3）用清洗剂洗掉玻璃表面的油污，再用流动水冲干净后用盐酸和氢氧化钠分别浸泡3h，再用蒸馏水洗涤去除基片上可能残留的离子，最后用吹风机将玻璃表面的水吹干，制成载玻片备用；
（4）将载玻片放入二氧化硅溶胶中，利用下降法时二氧化硅溶胶排出，完成一次镀膜过程，多层镀膜重复若干次镀膜，经热处理后即完成玻璃制备。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述镀层数量为3-5层。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理的温度为500-550℃。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述钛酸丁酯呃用量为10-12mL。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理先在80℃下干燥20min，然后转入马弗炉中，升温进行热处理后，保温时间2h。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理过程的升温速度为10℃/min。
本发明的技术效果在于：
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，钛酸丁酯为前驱体、乙醇为溶剂、二乙醇胺为络合剂，使用乙酸调节pH，利用溶胶-凝胶法制备多孔二氧化钛薄膜自洁净玻璃。通过对镀膜层数、醇酯比、热处理温度的改进制备的自清洁玻璃薄膜具有最佳的亲水性和光催化活性。
具体实施方式
实施例1
一种二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在104mL无水乙醇中加入8mL二乙醇胺，以此作为抑制剂，延缓钛酸丁酯的强烈水解，再加入乙酸20mL和蒸馏水1mL，搅拌30-45min；
（2）取钛酸丁酯，滴加于其中，搅拌1h，陈化24h后得到稳定的二氧化钛溶胶；
（3）用清洗剂洗掉玻璃表面的油污，再用流动水冲干净后用盐酸和氢氧化钠分别浸泡3h，再用蒸馏水洗涤去除基片上可能残留的离子，最后用吹风机将玻璃表面的水吹干，制成载玻片备用；
（4）将载玻片放入二氧化硅溶胶中，利用下降法时二氧化硅溶胶排出，完成一次镀膜过程，多层镀膜重复若干次镀膜，经热处理后即完成玻璃制备。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述镀层数量为3层。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理的温度为500℃。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述钛酸丁酯呃用量为10mL。
将镀膜玻璃插入甲基橙溶液中，使用20 W紫外灯照射1 h，催化降解甲基橙，然后采用Tv-1901型紫外可见分光光度计，测定照射前后甲基橙的溶液的吸光度，以此来表征镀膜的光催化性能。
镀膜层数的变化对薄膜润湿角的影响不大。造成此现象的原因主要是由于薄膜的润湿性能主要受固体表面化学组成的影响，固体表面自由能越大，就越容易被一些液体所润湿。在薄膜的制备过程中，钛酸丁酯先水解聚合形成了无定形的二氧化钛薄膜，再高温退火得到锐钛矿的二氧化钛薄膜。通过多次镀膜而得到的较厚的薄膜，其表面自由能并未发生明显变化，导致二氧化钛薄膜表面的接触角与镀膜层数关系不大。
在不改变其它条件的情况下，只改变钛酸丁酯的用量时，玻璃的接触角呈现明显的变化。玻璃的接触角在一定范围内随着钛酸丁酯的使用量的增加逐渐减小，在钛酸丁酯的用量为12 mL时达到最小值。随后随着钛酸丁酯的用量的增加接触角又会变大。这是由于用溶胶一凝胶法制备的二氧化钛薄膜通常为多孔性的，随着钛酸丁酯用量的增加，得到的微细二氧化钛颗粒增多，孔隙率增大，所以润湿角减小。但当钛酸丁酯用量过多时，会导致二氧化钛颗粒过大，孔隙率减小，因而润湿角增大。
实施例2
一种二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在104mL无水乙醇中加入8mL二乙醇胺，以此作为抑制剂，延缓钛酸丁酯的强烈水解，再加入乙酸20mL和蒸馏水1mL，搅拌45min；
（2）取钛酸丁酯，滴加于其中，搅拌1h，陈化24h后得到稳定的二氧化钛溶胶；
（3）用清洗剂洗掉玻璃表面的油污，再用流动水冲干净后用盐酸和氢氧化钠分别浸泡3h，再用蒸馏水洗涤去除基片上可能残留的离子，最后用吹风机将玻璃表面的水吹干，制成载玻片备用；
（4）将载玻片放入二氧化硅溶胶中，利用下降法时二氧化硅溶胶排出，完成一次镀膜过程，多层镀膜重复若干次镀膜，经热处理后即完成玻璃制备。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述镀层数量为5层。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理的温度为550℃。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述钛酸丁酯呃用量为12mL。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理先在80℃下干燥20min，然后转入马弗炉中，升温进行热处理后，保温时间2h。
本发明所述的二氧化钛薄膜自清洁玻璃的制备方法，所述热处理过程的升温速度为10℃/min。
热处理温度对镀膜玻璃的接触角影响很大，这主要是与二氧化钛镀膜的晶型有关。在400-500℃范围内随着温度的升高，接触角出现明显的降低，随后接触角趋向稳定。在温度超过550℃后接触角明显随着温度的升高又会变大，这是由于在400℃时薄膜锐钛矿尚未完全形成，相对500℃和600℃处理的薄膜来说具有相对少的可产生氧空位的晶面，所以接触角在400-500℃范围内随着温度的升高明显的降低。500℃时锐钛矿已经完全形成，所以玻璃的接触角趋向于稳定且到达最小值，但是在550℃以后一定量的二氧化钛转变为金红石，接触角又随之变大。
随着镀膜层数从3增加到5，二氧化钛薄膜的光催化降解能力明显提高，超过5层后分解率反而逐渐降低。这是由于膜厚的增加导致薄膜层孔隙和催化有效成分增多，既增大膜的光化学反应面积，又提高了紫外光的吸收率，这些因素导致降解率提高。但若膜过厚，表面二氧化钛凝聚加剧，在烧结过程中晶粒增大，薄膜中有效二氧化钛粒子表面积就相对减少，光的利用率将会降低，光催化活性减小。薄膜越厚，这种影响越为严重。最佳镀膜层数为5层。
热处理温度对二氧化钛薄膜的光催化活性影响很大。400℃处理的样品催化活性很差。温度从400℃上升到500℃时，随着温度的升高，催化活性有了明显的提高。500℃处理的样品光催化活性最高，甲基橙降解率可达65％。温度高于500℃时，随着温度的升高二氧化钛薄膜的光催化活性明显降低，这主要是因为450-500℃是锐钛矿型二氧化钛晶相稳定存在的温度，在紫外光作用下它对甲基橙的降解显示出很高的光催化活性。煅烧温度上升为550℃时锐钛矿会部分转变为金红石，形成二者的混合相，而金红石二氧化钛的增加不利于甲基橙的光催化降解。
具有最佳性能的玻璃表面整体是光滑平整的，同时又由于热处理过程中有机物的挥发，致使表面均匀分布着许多微小的气孔，这种特殊的表面结构一方面有利于降低玻璃的接触角，一方面又可以提高其光催化性能。