مبدأ سوبر المحبة للماء السطحي لثاني أكسيد التيتانيوم
عادة ، يكون للسطح المطلي TiO2 زاوية تلامس كبيرة مع الماء. ومع ذلك ، بعد التشعيع فوق البنفسجي ، يتم تقليل زاوية التلامس للماء إلى أقل من 5 درجات ، أو حتى 0 درجات (أي تنتشر قطرات الماء تمامًا على سطح Tio2). يظهر محبة ماء قوية جدا. بعد توقف الضوء. يمكن الحفاظ على مقاومة الماء الفائقة للسطح لعدة ساعات إلى حوالي أسبوع واحد. ثم يعود ببطء إلى حالة الكراهية للماء قبل التشعيع. إعادة التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن تكون الشوكة شديدة المحبة للماء ، ويمكن أن يحافظ التشعيع المتقطع للأشعة فوق البنفسجية على حالة السطح المحبة للماء الفائق.
يُعتقد في البداية أن المحبة الفائقة للماء لسطح TiO2 تبدأ من تفاعل التحلل التحفيزي الضوئي للجزيئات العضوية الممتصة على السطح: الماء الممتص كيميائيًا على سطح TlO2 نفسه هو ماء. كما أن امتصاص المواد العضوية في الهواء يجعل السطح كارهًا للماء. تحت إشعاع ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يولد السطح مجموعات هيدروكسيل نشطة مؤكسدة قوية ، وتتأكسد المادة العضوية الكارهة للماء وتتحلل بواسطة مجموعات الهيدروكسيل النشطة من خلال تفاعل التحلل الضوئي. وبالتالي ، يصبح السطح محبًا للماء ؛ عندما يتوقف الضوء ، سيتم امتصاص المادة العضوية ببطء على سطح TiO2 والعودة إلى الحالة الكارهة للماء.
ومع ذلك ، تظهر دراسات أخرى أن المحبة الفائقة لسطح TiO2 تختلف عن خاصية التحلل التأكسدي التحفيزي الضوئي لـ TiO2. بدلاً من ذلك ، إنه تفاعل آخر ناتج عن الضوء على سطح TiO2 نفسه. الأسباب هي كما يلي: ① لا تتعلق درجة المحبة الفائقة لسطح TiO2 بكفاءة التحلل الضوئي للمواد العضوية. في بعض بلورات TiO2 المفردة أو البلورات المتعددة مع عدم وجود نشاط تحفيزي ضوئي أو نشاط تحفيز ضوئي منخفض للغاية ، لوحظت خصائص فائقة للماء ؛ ② بعض الأيونات المعدنية (مثل النحاس) يمكن أن يؤدي استخدام المنشطات إلى تحسين تفاعل الأكسدة التحفيزي الضوئي لثاني أكسيد التيتانيوم. ومع ذلك ، فإنه يقلل من خاصية فائقة الماء لسطح TiO2 ؛ (3) على عكس سطح TiO2 المسامي وأكبر منطقة تفاعل ممكنة مطلوبة لتفاعل الأكسدة التحفيزي. السطح الأملس والكثيف أكثر ملاءمة لخاصيته الفائقة للماء ؛ ④ يحتوي سطح TiO2 أيضًا على تقارب كبير للزيت بعد التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية ، وفي ظل الظروف العادية ، فإن المسوقين الزيتيين مثل الإيثيلين جليكول هيكساديكان وجليسريل ثلاثي الزوايا لديهم زوايا تلامس كبيرة مع سطح TiO2. ولكن بعد التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية ، سيتم أيضًا اختراق هذه السوائل تمامًا في سطح طلاء الزجاج. أي بعد تشعيع سطح TiO2 بالأشعة فوق البنفسجية مع تقارب مزدوج بين الزيت والماء.
الدراسة الحالية خلصت إلى أن. يتم ترسيخ المحبة الفائقة لسطح TiO2 تحت ظروف الضوء من خلال تغيير تجويف سطحه: يتم إثارة الإلكترونات في نطاق التكافؤ لـ TiO2 إلى نطاق التوصيل تحت ظروف التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية. تهاجر الإلكترونات والثقوب إلى سطح TiO2 وتولد أزواج ثقوب إلكترونية على السطح. تتفاعل الإلكترونات مع Ti4 plus. تتفاعل الثقوب مع أيونات أكسجين الجسر السطحي لتكوين أيونات تيتانيوم ثلاثية التكافؤ موجبة وشواغر أكسجين ، على التوالي. في هذا الوقت. يتم فصل الماء الموجود في الهواء وامتصاصه في شواغر الأكسجين. يصبح ماء ممتص كيميائيًا (فاكس سطح هيدروكسيل). يمكن للمياه الممتصة كيميائيًا أن تمتص الماء في الهواء وتصبح طبقة امتصاص فيزيائية. وهذا يعني أن منطقة شعار عالية المحبة للماء تتشكل حول عيب Ti3 زائد. تظل المساحة المتبقية من السطح كارهة للماء ، بحيث يشكل سطح TiO2 منطقة شعار نانو محبة للماء ومحبة للزيوت منفصلة بشكل موحد ، على غرار ظاهرة الشعيرات الدموية ثنائية الأبعاد. نظرًا لأن حجم الماء أو القطرات الزيتية أكبر بكثير من مساحة المنطقة المحبة للماء أو الزيتية ، فإن سطح TiO2 العياني يُظهر خصائص محبة للماء وأليف. يتم امتصاص قطرات الماء أو الزيت بواسطة المنطقة الدقيقة المحبة للماء أو منطقة الشعار المحبة للدهون ، على التوالي. وهكذا يتم اختراق السطح. بعد إيقاف تشعيع الأشعة فوق البنفسجية ، يتم استبدال مجموعات الهيدروكسيل الممتصة كيميائيًا بالأكسجين في الهواء والعودة إلى الحالة الكارهة للماء مرة أخرى.
