基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自清洁功能涂层材料制备领域，具体为一种基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃的制备方法。
【背景技术】
[0002]自清洁功能玻璃是指普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，在其表面产生独特的物理性能，不再需要通过传统的人工擦洗而是在自然雨水的冲刷作用下就能达到清洁效果的涂层玻璃。随着现代化城市的发展，玻璃幕墙作为一种美观新颖的建筑墙体装饰办法，已成为现代高层和超高层建筑时代的显著特征。然而，普通玻璃虽天生丽质，但不耐污染，特别是随着环境污染的日益加剧，大气中粉尘含量较多，玻璃幕墙极易蒙尘纳垢，失去其原始特性。光污染的问题早已引起人们的关注，建筑物的玻璃幕墙就像一面巨大的镜子，会出现色泽不均匀，波纹各异，使得光反射不可控，导致光环境杂乱，破坏城市景观。随着人们对环境恶化所带来危害的认识以及对环境保护要求的提高，人们对使用具有环保作用且利用自然条件达到自动清洁作用，又能起到美化环境作用的绿色建筑材料的要求越来越迫切。与此同时，自清洁建筑玻璃的出现，恰恰满足了人们这一美好愿望。因此，制备自清洁建筑玻璃，呈现出较好的发展前景，成为了一个研宄热点。
[0003]目前，从方法上区分自清洁玻璃有两类，即超疏水自清洁玻璃和超亲水自清洁玻璃，它们都是通过水的作用达到本身的自清洁效果的。超疏水自清洁玻璃大多模仿荷叶的自清洁效果，在玻璃表面镀一层疏水膜制备而成的。目前绝大部分的自清洁玻璃主要被应用于建筑幕墙和门窗玻璃以及汽车玻璃，研宄具有耐候性、耐用性和高机械强度的减反射自清洁涂层将是自清洁玻璃的发展趋势。
[0004]ZnO是一种与T12有相同性质的宽禁带第三代半导体材料，引起了人们的广泛关注。ZnO与T12有相似的禁带宽度，介电常数小，具有更快的电子传输能力，并且制备方法较多。纳米ZnO粒径介于1-1OOnm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98 % ο ZnO纳米棒具有更大的比表面积，更快的电子传输能力，禁带宽度大，具有较好的遮蔽紫外线性能；ZnO纳米棒的纳米粗糙结构，在粗糙表面上的固液实际接触面积大于表观接触面积，同时粗糙的低表面能表面具有超疏水性的机理。
[0005]尽管现阶段自清洁玻璃广为使用的为以有效成分为1102的无机膜材料的超亲水自清洁，但本发明基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃，在超疏水自清洁的方法上取得了明显的效果。
【发明内容】
[0006]本发明将具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小的ZnO作为一种新型自清洁材料在ITO玻璃上镀膜，同普通玻璃相比，基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃的自清洁效果更好。
[0007]本发明的目的在于提出一种基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃的制备方法。
[0008]本发明提供的一种基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃的制备方法如下:首先用溶胶凝胶法配制ZnO种子层溶胶；然后采用浸渍提拉法在ITO玻璃上镀ZnO种子层，并在马弗炉中以一定温度处理；接着在上述做好的ZnO种子层基片上铺一层聚苯乙烯小球(PS小球)，将制备好的ZnO种子层/PS材料在配置好的ZnO生长溶液中水热处理，得到ZnO/PS纳米棒阵列；最后将制备好的ZnO/PS纳米棒阵列用甲苯处理一段时间得到基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃材料。
[0009]本发明进一步给出在上述方法基础上的具体工艺参数:
[0010]1、配制ZnO种子层溶胶的工艺参数:采用溶胶凝胶法，以醋酸锌为前驱体，单乙醇胺为络合剂，乙二醇甲醚为溶剂，配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO种子层溶胶。
[0011]2、制备制备ZnO种子层的工艺参数:将ITO玻璃基片浸入上述配好的ZnO溶胶中20s，使溶胶与ITO玻璃基片表面充分接触，然后以6cm/min的速度垂直地提拉ITO玻璃基片，湿膜移入100°C恒温箱中进行烘干处理15?20min，重复操作一次，将薄膜放到马弗炉中在400°C下热处理3?4h，得到有ZnO种子层的ITO玻璃基片。
[0012]3、制备ZnO/PS纳米棒阵列的工艺参数:以硝酸锌和六次甲基四胺按1:1配置0.02mol/L?0.05mol/L的生长溶液。将制备好的有ZnO种子层的ITO玻璃基片，导电面向下，放入ZnO生长溶液中，在90°C下水浴处理3?4h，得到ZnO/PS纳米棒阵列。
[0013]4、用甲苯处理ZnO/PS纳米棒阵列的工艺参数:将制备好的ZnO/PS纳米棒阵列ITO玻璃基片，导电面向下，放入甲苯液体中在常温15°C?25°C环境下浸泡24h，去除PS小球，得到基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃。
[0014]本发明还给出了优选的方案，具体如下:
[0015]首先，用溶胶凝胶法配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO种子层溶胶；然后采用浸渍提拉法在ITO玻璃上镀ZnO种子层，并在马弗炉中在400°C下热处理3?4h ;接着在上述制备好的ZnO种子层基片上铺一层聚苯乙烯小球(PS小球)，将制备好的ZnO种子层/PS材料在配置好的0.02mol/L?0.05mol/L的ZnO生长溶液中在90°C下水浴处理3?4h，得到ZnO/PS纳米棒阵列；最后将制备好的ZnO/PS纳米棒阵列用甲苯在常温15°C?25°C环境下浸泡20?24h，得到基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃材料。
[0016]本发明的作用机理是:Ζη0纳米棒具有更大的比表面积，更快的电子传输能力，禁带宽度大，具有较好的遮蔽紫外线性能，再者，ZnO纳米棒的纳米粗糙结构，在粗糙表面上的固液实际接触面积大于表观接触面积，同时粗糙的低表面能表面具有超疏水性的机理。
[0017]纳米ZnO无机薄膜材料具有两个优点:一是ZnO纳米棒的一维纳米结构特征，使它的电子传输能力更快，具有较好的光化学效应和遮蔽紫外线性能，二是ZnO纳米棒的纳米粗糙结构表面的表面能低，这就使ZnO成为了较为理想的紫外线吸收与屏蔽材料以及超疏水自清洁无机薄膜材料。
[0018]本发明所获得的基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃，经紫外可见光分光光度计测试后，对可见光的透过率能达到96.3%，对紫外光吸收、屏蔽效率均能达到90% ;经接触角测试仪(DSA series)测试后，对水的接触角达到152°以上。
[0019]本发明提供的方法的特点:
[0020]1、无毒，有利于环境保护，没有产生次生危害。
[0021]2、低成本，易于实现，便于控制。
[0022]3、典型绿色化工工艺，属于环境友好过程。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1所得的基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃经紫外可见光分光光度计对透光率的测试结果。
[0024]图2为实施例1所得的基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃经紫外可见光分光光度计对吸光率的测试结果。
[0025]图3为实施例1所得的基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃经接触角测试仪(DSA series)测试结果。
[0026]图4为对比试验中所得单一 ZnO纳米棒阵列涂层玻璃经接触角测试仪(DSAseries)测试结果。
【具体实施方式】
[0027]下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0028]实施例1
[0029]1、配制ZnO种子层溶胶的工艺参数:采用溶胶凝胶法，以醋酸锌为前驱体，单乙醇胺为络合剂，乙二醇甲醚为溶剂，配制0.3mol/L的ZnO种子层溶胶。
[0030]2、制备制备ZnO种子层的工艺参数:将ITO玻璃基片浸入上述配好的ZnO溶胶中20s，使溶胶与ITO玻璃基片表面充分接触，然后以6cm/min的速度垂直地提拉ITO玻璃基片，湿膜移入100°C恒温箱中进行烘干处理20min，重复操作一次，将薄膜放到马弗炉中在400°C下热处理4h，得到有ZnO种子层的ITO玻璃基片。
[0031]3、制备ZnO/PS纳米棒阵列的工艺参数:以硝酸锌和六次甲基四胺按1:1配置0.05mol/L的生长溶液。将制备好的有ZnO种子层的ITO玻璃基片，导电面向下，放入ZnO生长溶液中，在90°C下水浴处理4h，得到ZnO/PS纳米棒阵列。
[0032]4、用甲苯处理ZnO/PS纳米棒阵列的工艺参数:将制备好的ZnO/PS纳米棒阵列ITO玻璃基片，导电面向下，放入甲苯液体中在常温15°C?25°C环境下浸泡24h，去除PS小球，得到基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃。
[0033]在实施例1中所获得的基于ZnO纳米阵列涂层的超疏水自清洁玻璃，经紫外可见光分光光度计测试后，对可见光的透过率能达到96.3%，对紫外光吸收、屏蔽效率均能达