العوامل المؤثرة في مقاومة الماء الفائق لأسطح TiO2
1. وقت وكثافة ضوء الأشعة فوق البنفسجية
بشكل عام ، يزداد حجم المنطقة المحبة للماء على سطح TiO2 ويقل حجم المنطقة المحبة للدهون مع زيادة وقت التعرض للضوء. تؤدي الزيادة في حجم المنطقة المحبة للماء إلى تحسين الخصائص المحبة للماء للسطح ، ويزيد انخفاض حجم المنطقة المحبة للدهون من قوة الجاذبية الشعرية ، مما يؤدي إلى تمدد الزيت على سطح TiO2. عندما تصل المناطق المحبة للماء والنفط إلى النقطة الحرجة ، أي أنه يمكن تحقيق الظاهرة الثنائية الماء والزيت على نفس السطح ، يمكن أن تصل زاوية التلامس لكل من الماء والزيت إلى 0 درجة ، تظهر الخصائص المحبة للماء والفائقة الزيتية ؛ عندما يستمر وقت التعرض للضوء في الزيادة ، سيزداد حجم المنطقة المحبة للماء ، ولا يزال السطح محببًا للماء ، لكن زاوية التلامس بالزيت تزداد ؛ عندما يكون وقت التعرض للأشعة فوق البنفسجية طويلاً جدًا ، ستزداد أيضًا زاوية التلامس بين السطح والماء ، أي أن تشعيع الأشعة فوق البنفسجية لفترة طويلة لا يتسبب في أن يصبح السطح أكثر محبة للماء ومحبة للدهون.
تؤثر شدة الأشعة فوق البنفسجية أيضًا على الخصائص الفائقة للماء لسطح TiO2. إذا كانت كثافة الأشعة فوق البنفسجية أقل من 20 ميجا واط / ج ، فإن الإشعاع فوق البنفسجي لفترة طويلة لا يمكن أن يجعل سطح TiO2 محببًا للماء ، والذي يرجع أساسًا إلى انخفاض طاقة الأشعة فوق البنفسجية لا يمكن أن يثير قفزة إلكترونية في نطاق التكافؤ TiO2 ، ومن الصعب أيضًا تشكيله عدم وجود حالة تقاطع السطح.
2 ، سطح الكريستال TiO2
تُظهر أبحاث TiO2 المختلفة ذات السطح البلوري الأحادي الفائق المحبة للماء أن TiO2 [جميع 0) سطح و (1 0 0) سطح من سطح ({{1 0} O1) أكثر عرضة للإثارة الضوئية بحيث يكون للسطح خواص محبة للماء. كما هو الحال في 40mW / cm2 light ، l0mm داخل (1l0) السطح و (001) السطح وزاوية التلامس للماء تصل إلى 0 درجة. والسطح (001) مطلوب 40 دقيقة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى TiO2 كل سطح بلوري له بنية تنسيق مختلفة من التيتانيوم. على الوجه البلوري (110) ، يوجد نصف أيونات التيتانيوم في هيكل مكون من خمسة ليجند ، مع وجود الثوريوم والتيتانيوم متصلاً ببعضه البعض عن طريق جسر الأكسجين ، والنصف الآخر في هيكل من ستة روابط. على المستوى البلوري (100) ، توجد جميع أيونات التيتانيوم في هيكل أكسجين قابل للتنسيق خماسي ، في حين أن المستوى البلوري {001) في نفس الترتيب الأصلي مثل الجزء الداخلي البلوري TiO2 ، مع الثوريوم الخالي مثل رباعي- هيكل منسق. بالمقارنة مع هياكل الأكسجين الأخرى ، يتمتع أكسجين الجسر بموقع أعلى على السطح ، وهو أكثر تفاعلًا من الناحية النشطة ويتم إطلاقه بسهولة أكبر عن طريق الأكسدة لتشكيل شواغر أكسجين سطحي. سيؤدي تكوين عيوب الأكسجين الأخرى إلى تشوه شبكي أكبر ، وبالتالي يتطلب طاقة تفاعل خارجية أكبر
3. الجو المحيط
يتم وضع بلورات TiO2 (110) المفردة في جو الهواء والأكسجين على التوالي. تحت إشعاع الأشعة فوق البنفسجية ، يتم تقليل زاوية التلامس بين السطح البلوري الفردي والماء في الهواء بسرعة ويمكن الوصول إلى حالة ماء عالية في فترة زمنية قصيرة نسبيًا. في جو الأكسجين ، تنخفض زاوية التلامس ببطء إلى 35 درجة عند الوصول إلى التشبع. وبالمثل ، يمكن للأسطح البلورية TiO2 التي تم ترطيبها بالماء أن تحافظ على حالة ماء في الهواء لعدة أيام ، بينما في الغلاف الجوي للأكسجين تتغير بسرعة إلى حالة كارهة للماء. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن وجود الأكسجين لا يفضي إلى توليد شواغر الأكسجين ، ولن يشكل المزيد من المياه الممتصة كيميائيًا في السطح ، والتي يتم إنشاؤها بواسطة المياه السطحية الممتصة كيميائيًا ، كما سيتم استبدالها بالأكسجين واستعادة الحالة الكارهة للماء السابقة ، والتي لا يفضي إلى توليد المياه السطحية والحفاظ عليها.
4 ، المعالجة الحرارية
تتم معالجة سطح TiO2 المقاوم للماء بالحرارة عند 150 درجة ويتحول السطح تدريجياً إلى ماء ، بزاوية تلامس درجة O مع الماء عند حوالي 400 درجة. هذا يعني أن TiO2 يُظهر قدرة مائية جيدة. أي أن أداء سطح المحبة للماء الجيد TiO2 قبل وبعد المعالجة الحرارية لتغييرات قابلية الماء للترطيب قد يكون بسبب تكوين نفس حالة عيب السطح مع ظروف التشعيع الخفيف ، أي تكوين نسبة غير كيميائية من TiO2 هيكل السطح ، الذي يفضي إلى امتصاص الماء ، أي أن استخدام المعالجة الحرارية يمكن أن يحفز أو يستعيد السطح الفائق للماء.
