具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法。首先用溶膠凝膠法配制ZnO復(fù)合種子層溶膠；然后采用浸漬提拉法在ITO玻璃上鍍ZnO復(fù)合種子層薄膜，在馬弗爐中以一定溫度進(jìn)行熱處理；接著將上述制備好的ZnO復(fù)合種子層薄膜基片放入ZnO生長溶液中水熱反應(yīng)處理，制備ZnO納米涂層，得到具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料。本發(fā)明所獲得的具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃，經(jīng)紫外可見光分光光度計(jì)測試后，對(duì)可見光的透過率以及對(duì)紫外光吸收、屏蔽效率均能達(dá)到65％以上；經(jīng)接觸角測試儀(DSA series)測試后，對(duì)水的接觸角達(dá)到131°以上。本發(fā)明提供的方法沒有次生危害產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護(hù)。
【專利說明】
具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于疏水涂層材料制備領(lǐng)域，具體為一種具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]接觸角指的是固體表面與液體表面接觸的邊緣所作的一條切線與固體平面之間形成的夾角。我們可以通過利用接觸角值的大小來進(jìn)行判斷固體表面潤濕性能的好與不好。日常生活中，我們提到的疏水表面指的是基底對(duì)水的接觸角大于90°時(shí)的表面。近年來，疏水玻璃表面的研究發(fā)展較快，當(dāng)水滴與玻璃表面之間的水的接觸角大于90°時(shí)，我們稱這種玻璃的表面為疏水玻璃表面。當(dāng)在基底表面滴上液滴的時(shí)候，由于固體表面的潤濕性的不同，液滴會(huì)出現(xiàn)不同的形狀。材料的表面潤濕性能取決于材料的表面化學(xué)組成和表面形貌結(jié)構(gòu)，因此控制材料的表面化學(xué)組成和表面形貌結(jié)構(gòu)能有效的控制材料表面的潤濕性能，當(dāng)材料表面具有很低的表面自由能，材料即可表現(xiàn)出疏水性。
[0003]玻璃幕墻作為一種新穎的建筑墻體裝飾辦法，已成為現(xiàn)代高層和超高層建筑時(shí)代的顯著特征。然而，普通玻璃不耐污染，隨著環(huán)境污染的日益加劇，人們對(duì)環(huán)境惡化所帶來危害的認(rèn)識(shí)以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求在逐漸提高;人們對(duì)使用具有環(huán)保作用且利用自然條件達(dá)到自動(dòng)清潔作用，又能起到美化環(huán)境作用的綠色建材的要求越來越迫切。具有疏水性能的玻璃的出現(xiàn)，滿足了人們這一美好愿望，使人們離目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也越來越近。普通玻璃在經(jīng)過特殊的物理或化學(xué)方法處理后，可以得到表面具有獨(dú)特物理性能的疏水玻璃，使水滴在其表面具有一定的疏水性，經(jīng)過進(jìn)一步的處理之后就可以制備出不再需要通過傳統(tǒng)的人工擦洗而是在自然雨水的沖刷作用下就能達(dá)到清潔效果的涂層玻璃。因此，研究制備疏水玻璃具有非常好的發(fā)展前景。
[0004]作為第三代半導(dǎo)體材料，ZnO受到了的廣泛關(guān)注。ZnO的制備方法較多，具有寬禁帶、介電常數(shù)小、電子傳輸能力快的特點(diǎn)。納米ZnO是一種面向21世紀(jì)的新型無機(jī)產(chǎn)品，具有許多特殊的性質(zhì)，比表面積大、電子傳輸能力快、禁帶寬度大，具有較好的遮蔽紫外線性能，其紫外線遮蔽率高達(dá)98% ;ZnO納米棒的納米粗糙結(jié)構(gòu)，使它表面具有疏水性機(jī)理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明將ZnO作為一種涂層材料在ITO玻璃上鍍膜，同普通玻璃相比，基于ZnO的納米涂層玻璃的疏水性能更好。
[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法。
[0007]本發(fā)明提供的一種具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法如下:首先用溶膠凝膠法配制ZnO復(fù)合種子層溶膠;然后采用浸漬提拉法在ITO玻璃上鍍ZnO復(fù)合種子層薄膜，在馬弗爐中以一定溫度進(jìn)行熱處理;接著將上述制備好的ZnO復(fù)合種子層薄膜基片放入ZnO生長溶液中水熱反應(yīng)處理，制備ZnO納米涂層，得到具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步給出在上述方法基礎(chǔ)上的具體工藝參數(shù):
[0009]1、配制ZnO復(fù)合種子層溶膠的工藝參數(shù):采用溶膠凝膠法，以醋酸鋅為前驅(qū)體，單乙醇胺為絡(luò)合劑，乙二醇甲醚為溶劑，陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO復(fù)合種子層溶膠。
[0010]2、制備ZnO復(fù)合種子層的工藝參數(shù):將ITO玻璃基片垂直浸入配好的ZnO復(fù)合溶膠中20s，使溶膠與ITO玻璃基片表面充分接觸，然后以6cm/min的速度垂直地提拉ITO玻璃基片，將濕膜放入恒溫箱中進(jìn)行100°C烘干處理15?20min，重復(fù)上述操作，將薄膜放到馬弗爐中在400°C下熱處理3?4h，得到ZnO復(fù)合種子層薄膜。
[0011]3、制備ZnO納米涂層的工藝參數(shù):以硝酸鋅和六次甲基四胺按1:1配置0.02mol/L?0.05mol/L的生長溶液200mL，加入0.2g陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，攪拌均勻至完全溶解。將制備好的有ZnO復(fù)合種子層薄膜的ITO玻璃基片，導(dǎo)電面向下，放入ZnO生長溶液中，在900C下水浴反應(yīng)3?4h，制備ZnO納米涂層，得到具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料。
[0012]本發(fā)明還給出了優(yōu)選的方案，具體如下:
[0013]首先，用溶膠凝膠法配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO種子層溶膠10mL，并加入0.2g陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，得到復(fù)合種子層溶膠;然后采用浸漬提拉法拉膜，在ITO玻璃上制備ZnO復(fù)合種子層薄膜，在馬弗爐中400 °C進(jìn)行熱處理3?4h;接著將上述制備好的ZnO復(fù)合種子層薄膜在配置好的0.02mol/L?0.05mol/L的摻雜0.2g陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的ZnO生長溶液中在90°C溫度下水浴反應(yīng)3?4h，制備ZnO納米涂層，得到有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料。
[0014]本發(fā)明的作用機(jī)理是:ZnO納米棒的比表面積較大，遮蔽紫外線的性能良好;ZnO納米棒的納米粗糙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過加入陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉不僅可以進(jìn)一步改變ZnO的納米粗糙結(jié)構(gòu)而且可以改變ZnO的表面化學(xué)組成即表面自由能，使ZnO納米涂層表面具有疏水性的機(jī)理。
[0015]ZnO納米涂層材料具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是具有較好的光化學(xué)效應(yīng)和遮蔽紫外線性能；二是ZnO納米涂層具有納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面自由能，這就使ZnO成為了較為理想的紫外線吸收與屏蔽材料和疏水無機(jī)薄膜材料。
[0016]本發(fā)明所獲得的有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料，由于加入了十二烷基苯磺酸鈉，經(jīng)紫外可見光分光光度計(jì)測試后，對(duì)可見光的透過率以及對(duì)紫外光吸收、屏蔽效率均能達(dá)到65 %以上;經(jīng)接觸角測試儀(DSA ser i es)測試后，對(duì)水的接觸角達(dá)到131°以上。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]1、本發(fā)明的方法易于操作，且結(jié)果的重復(fù)性好，性質(zhì)穩(wěn)定，能夠滿足疏水玻璃的市場發(fā)展前景。
[0019]2、原材料易購且成本低，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功能的同時(shí)具有良好的性能。
[0020]3、本發(fā)明方法產(chǎn)品不產(chǎn)生次生危害，有利于環(huán)境保護(hù)。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為實(shí)施例所得的有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料經(jīng)掃描電鏡觀測到的圖像。
[0022]圖2為實(shí)施例所得的有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料經(jīng)紫外可見光分光光度計(jì)吸收率額測試結(jié)果。
[0023]圖3為實(shí)施例所得的有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料經(jīng)紫外可見光分光光度計(jì)透射率的我測試結(jié)果。
[0024]圖4為實(shí)施例所得的有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料經(jīng)接觸角測試儀(DSAseries)測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0026]實(shí)施例
[0027]首先，用溶膠凝膠法配制0.3mol/L的ZnO種子層溶膠lOOmL，并加入0.2g陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，50°C條件下恒溫?cái)嚢?h，得到復(fù)合種子層溶膠;然后采用浸漬提拉法拉膜，在ITO玻璃上制備ZnO復(fù)合種子層薄膜，在馬弗爐中400 °C進(jìn)行熱處理4h;接著將上述制備好的ZnO復(fù)合種子層薄膜在配置好的0.05mol/L的摻雜0.2g陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的ZnO生長溶液中在90°C恒溫條件下水浴反應(yīng)4h，制備ZnO納米涂層，得到有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料，圖1為有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料經(jīng)掃描電鏡觀測到的圖像。
[0028]本發(fā)明所獲得的有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃，經(jīng)紫外可見光分光光度計(jì)測試后，對(duì)可見光的透過率以及對(duì)紫外光吸收、屏蔽效率均能達(dá)到65%以上，測試結(jié)果如圖2、圖3所示;經(jīng)接觸角測試儀(DSA series)測試后，對(duì)水的接觸角達(dá)到131°以上，測試結(jié)果如圖4所示。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下: (1)用溶膠凝膠法配制ZnO復(fù)合種子層溶膠； (2)采用浸漬提拉法在ITO玻璃上鍍ZnO復(fù)合種子層薄膜，在馬弗爐中以一定溫度進(jìn)行熱處理，得到ZnO復(fù)合種子層薄膜； (3)將上述步驟(2)制備好的ZnO復(fù)合種子層薄膜基片放入ZnO生長溶液中水熱反應(yīng)處理，制備ZnO納米涂層，得到具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的采用溶膠凝膠法配制ZnO復(fù)合種子層溶膠的工藝是以醋酸鋅為前驅(qū)體，單乙醇胺為絡(luò)合劑，乙二醇甲醚為溶劑，陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO復(fù)合種子層溶膠。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的采用浸漬提拉法在ITO玻璃上鍍ZnO復(fù)合種子層薄膜，在馬弗爐中以一定溫度進(jìn)行熱處理是將ITO玻璃基片垂直浸入配好的ZnO復(fù)合溶膠中20s，使溶膠與ITO玻璃基片表面充分接觸，然后以6cm/min的速度垂直地提拉ITO玻璃基片，將濕膜放入恒溫箱中進(jìn)行100°C烘干處理15?20min，重復(fù)上述操作，將薄膜放到馬弗爐中在400°C下熱處理3?4h，得到ZnO復(fù)合種子層薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的步驟具體為以硝酸鋅和六次甲基四胺按1:1配置0.0211101/1?0.0511101/1的生長溶液200mL，加入0.2g陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，攪拌均勻至完全溶解；將制備好的有ZnO復(fù)合種子層薄膜的ITO玻璃基片，導(dǎo)電面向下，放入ZnO生長溶液中，在90°C下水浴反應(yīng)3?4h，制備ZnO納米涂層，得到具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有疏水性能的ZnO納米涂層玻璃的制備方法，其特征在于，使用陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉摻入ZnO種子層溶膠和ZnO生長溶液中改變ZnO納米涂層的納米粗糙結(jié)構(gòu)和表面自由能。
【文檔編號(hào)】C03C17/23GK106007392SQ201610345996
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉志鋒, 劉軍啟, 林少華, 耿學(xué)敏, 王俊凱
【申請(qǐng)人】天津城建大學(xué)