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Chemistry

TiO Published: April 26, 2017 doi: 10.3791/55389

Abstract

Diese Handschrift schlägt vor, ein Soft-Chemie Verfahren superhydrophoben und hoch IR-reflektierenden Glasmikrohohlkugeln (HGM) zu entwickeln. Die Anatas - TiO 2 und ein superhydrophobe Mittel wurden in einem Arbeitsgang auf der HGM beschichtende Oberfläche. TBT und PFOTES wurden als Ti-Quelle und der superhydrophoben Mittel jeweils ausgewählt. Sie wurden beide auf dem HGM beschichtet, und nach dem hydrothermalen Verfahren, das TBT gedreht TiO 2 Anatas. Auf diese Weise wird ein PFOTES / TiO 2 -beschichteten HGM (MCHGM) wurde hergestellt. Zum Vergleich PFOTES einfach beschichteten HGM (F-SCHGM) und TiO 2 einfach beschichteten HGM (Ti-SCHGM) wurden ebenfalls synthetisiert. Das PFOTES und TiO 2 -Beschichtungen auf der HGM Oberfläche wurden durch Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Detektor (EDS) Charakterisierungen demonstriert. Die MCHGM zeigte einen höherer Kontaktwinkel (153 °), aber einen niedrigeren Gleitwinkel (16 °) als F-SCHGM, mit einem Kontaktwinkel von 141,26; und einen Gleitwinkel von 67 °. Zusätzlich zeigten beide Ti-SCHGM und MCHGM Ähnliche IR-Reflexionswerte, die etwa 5,8% höher als die ursprüngliche HGM und F-SCHGM waren. Außerdem änderte sich die PFOTES Beschichtung kaum die Wärmeleitfähigkeit. Daher F-SCHGM, mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,0479 W / (m · K), war ganz wie das Original HGM, das 0,0475 W / (m · K) war. MCHGM und Ti-SCHGM waren ebenfalls ähnlich. Deren Wärmeleitfähigkeitswerte waren 0,0543 W / (m · K) und 0,0543 W / (m · K), respectively. Die TiO 2 -Beschichtung leicht erhöhte die thermische Leitfähigkeit, aber mit der Erhöhung der Reflektivität wurde die Gesamtwärmeisolationseigenschaft verbessert. Schließlich, da die IR-reflektierende Eigenschaft von der HGM Beschichtung versehen ist, wenn die Beschichtung verschmutzt ist, verringert sich die Reflektivität. Daher kann mit der superhydrophoben Beschichtung wird die Oberfläche vor Verschmutzung geschützt, und ihre Lebensdauer ist auch verlängert.

Introduction

Hohlglasmikrokugeln (HGM) sind anorganische Materialien in der Größe im Bereich von 10 bis 100 um. Sie zeigen viele nützlichen Eigenschaften, wie ausgezeichnete Dispersion, hohe Fließfähigkeit, geringe Dichte und hervorragende Wärmeisoliereigenschaften 1, 2, 3, 4. Aufgrund ihrer Hohlstruktur hat HGM eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit 10, 11. Aus diesen Gründen werden sie in vielen Bereichen angewandt, einschließlich der Luft- und Raumfahrt 5, Tiefsee-Exploration 6, 7, Wasserstoffspeicher 8, 9, usw. Aber sie immer noch einige Nachteile, wie geringe Festigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist das IR-Licht in der Lage durch HGM zu übertragen und das Thema hinter beheizen. dafüre, Oberflächenmodifikationen auf HGM sind unerlässlich, um die Strahlungswärmeübertragung zu reduzieren. Eine wirksame Methode ist die Beschichtung ein IR-blockierende Material auf die Oberfläche HGM. Als Halbleiter hat TiO 2 16 in vielen Bereichen, wie beispielsweise das Photokatalyse 12, 13, Solarzellen Entwicklung, Fertigung Sensor 14, Umweltanwendungen 15 und Energiespeicher verwendet. Darüber hinaus zeigt sie auch mit geringem Emissionsvermögen im sichtbaren Licht und Infrarotband 17, 18, 19. Daher ist für unsere Zwecke war TiO 2 eine umsichtige Auswahl aufgrund seiner relativ niedrigen Preis und hoher Leistung.

Allerdings ist die Beschichtung ganz einfach für Schadstoffe zu beschmutzen, die ernsthaft die Reflektivität von TiO 2 wirkt. Das Reflexionsvermögen muss nach und nach reduzieren. Daher ist ein self reinigende Beschichtung ist wichtig, die Beschichtung vor Verschmutzung zu verhindern und die Arbeitszeit einer solchen Beschichtung zu verlängern.

In diesem Manuskript wurde ein Soft-Chemie verwendetes Verfahren superhydrophoben TiO 2 -beschichteten HGM zu entwickeln. Tetrabutyltitanat (TBT) und 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluoroctyltriethoxysilan (PFOTES) wurden als Ti-Quelle und superhydrophoben Mittel ausgewählt sind. Sie wurden auf der HGM Oberfläche hydrolysiert und abgeschieden. Dann, nach dem hydrothermalen Verfahren, der Anatas - TiO 2 auf der HGM Oberfläche gebildet, und die superhydrophobe Eigenschaften blieben. Zum Vergleich PFOTES einfach beschichteten HGM (F-SCHGM) und TiO 2 einfach beschichteten HGM (Ti-SCHGM) wurden ebenfalls synthetisiert. Das Syntheseschema ist in Abbildung 1 dargestellt.

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Protocol

1. Vorbehandlung von HGM

  1. Platzieren Sie die HGM in ein 500-ml-Becherglas mit 200 ml absolutem Alkohol; Die geringe Dichte des ungebrochenen HGM verursacht es in dem Alkohol zu unterbrechen, sondern weil die Dichte von gebrochenem HGM größer ist als diejenige von Alkohol, fällt es in der Lösung. Nach 30 min sammeln bei 80 ° C in einem Ofen für eine weitere Anwendung des suspendierten HGM mit einem sauberen Löffel und trocken.

2. Synthese von MCHGM

  1. Place 5 g ungebrochen HGM, 47,5 ml Ethanol und 2,5 ml DI-Wasser in einem Dreihalskolben. Rühre einen Rührmotor Verwendung bei 400 r / min für 20 min (Vormischen).
  2. Mix 15 g TBT wurden 1 g PFOTES und 30 ml absolutem Alkohol in einem 200 ml - Becherglas gegeben. Die Mischung wurde in einem Konstantdruck-Trichter.
  3. Legen der Konstantdruck Trichter in eine der Öffnungen des Dreihalskolben. Drop die Mischung in der Konstantdruck Trichter in den Dreihalskolben mit einer Geschwindigkeit von enthaltenen1 Tropfen pro 7 s, die durch Einstellen des Ventils des Konstantdruckrichters erreicht wird. Weiter die Reaktion für 3 Stunden.
  4. Die Mischung aus dem Dreihalskolben in einen hydrothermalen Reaktor. Setzen Sie den versiegelten Reaktor in einer geeigneten Stahlhülse in einem 180 ° C-Ofen für 6 h.
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass der Reaktor eine geeignete Abdeckung hat. Nachdem es bedeckt ist, setzte den Reaktor in die Stahlhülse. Die Hülse ist auch mit einem Deckel verschlossen werden.
  5. Nachdem die Reaktion vorbei ist, sammeln die in dem hydrothermalen Reaktor suspendiert Proben einen großen Löffel. Trocknen Sie die Proben bei 80 ° C für 4 h MCHGM zu erhalten.

3. Synthese von F-SCHGM

  1. 5 g ungebrochen HGM, 47,5 ml absoluten Ethanol und 2,5 ml DI-Wasser in einen Dreihalskolben. Rühre einen Rührmotor Verwendung bei 400 r / min für 20 min (Vormischen). Mix 1 g PFOTES und 30 ml absoluten Ethanol in einem 200 ml - Becherglas gegeben. Übertragen Sie die PFOTES und absolute eTHANOL Mischung auf einen Konstantdruck-Trichter.
  2. Legen der Konstantdruck Trichter in den Dreihalskolben. Drop die Mischung in dem Konstantdruck Trichtern in die Dreihalskolben mit einer Geschwindigkeit von 1 Tropfen pro s 7 enthalten. Lassen Sie die Reaktion 3 h laufen.
  3. Übertragen die Mischung aus dem Dreihalskolben, einen hydrothermischen Reaktor. Setzen Sie den verschlossenen Reaktor in einem 180 ° C-Ofen für 6 h. Nachdem die Reaktion vorbei ist, sammeln die in dem hydrothermalen Reaktor suspendiert Proben einen großen Löffel. Trocknen Sie die Proben bei 80 ° C für 4 h F-SCHGM zu erhalten.

4. Synthese von Ti-SCHGM

  1. Place 5 g ungebrochen HGM, 47,5 ml absoluten Ethanol und 2,5 ml DI-Wasser in einem Dreihalskolben. Rühre bei 400 r / min für 20 min (Vormischen). Mix 15 g TBT und 30 ml absoluten Ethanol in einem 200 ml - Becherglas gegeben. Übertragen des TBT und absoluten Ethanol-Gemisches mit einem Konstantdruck-Trichter.
  2. Legen Sie die Konstante-pressicher Trichter in den Dreihalskolben. Drop die Mischung in dem Konstantdruck Trichter in die Dreihalskolben mit einer Geschwindigkeit von 1 Tropfen pro 7 s. Lassen Sie die Reaktion 3 h laufen.
  3. Übertragen die Mischung aus dem Dreihalskolben, einen hydrothermischen Reaktor. Setzen Sie den verschlossenen Reaktor in einem 180 ° C-Ofen für 6 h. Sammeln Sie die Proben in dem hydrothermalen Reaktor, nachdem die Reaktion beendet ist. Trocknen Sie die Proben bei 80 ° C für 4 h Ti-SCHGM zu erhalten.

5. Charakterisierungen

  1. Führen XRD Charakterisierungen auf allen Proben. Sammeln Sie die Daten ein sehr vielseitiges Mehrzweckröntgenbeugungssystem mit Cu K & alpha; Strahlung (λ = 0,15406 nm) und einem 2θ von 10 ° bis 80 ° reichen.
  2. Acquire Rasterelektronenmikroskops 20, 21 Bilder , nachdem die Proben mit Gold - Sprühen. Während der REM-Tests führen die EDS auf einen bestimmten Bereich ist.
  3. Messen Sie dieKontaktwinkel durch einen Kontaktwinkel - Goniometer unter Verwendung von 22; die Wassertropfenvolumen sollte 10 & mgr; l sein.
  4. Misst den Gleitwinkel 23 durch den Neigungswinkel der Oberfläche zu verändern. Minimieren Sie den Winkel, bis der Wassertropfen nach unten nur gleiten kann.
    1. Haften doppelseitiges Klebeband auf einer Glasplatte (Grße: 26 mm x 76 mm x 2 mm). Mit einem Löffel, legt gleichmäßig um die Pulver (F-SCHGM oder MCHGM) auf dem Band. Verwendung eines Injektors, fügen einen Wassertropfen (Volumen: 0,05 ml) zu der Pulveroberfläche.
    2. Setzen Sie die Glasscheibe auf der Motorplattform des Kontaktwinkel-Goniometer. Neigen der Glasscheibe, indem er sich die Motorplattform mit einer Rate von 1 ° / s. Stoppen Sie den Motor, wenn der Wassertropfen zu rutschen beginnt; der Neigungswinkel ist der Gleitwinkel.
  5. Messen Sie die Reflexionsspektren mit einem Spektralphotometer 24. HINWEIS: Die Wellenlänge von 450 nm bis 2.550 nm.
  6. Messung der thermischen Leitfähigkeit aller Probenunter Verwendung eines thermischen Leitfähigkeitsmessgerät 25.

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Representative Results

Die Tests in Schritt 4.4 zeigen viele Merkmale und Eigenschaften der Proben. Die XRD (Figur 2) gibt die Bildung von Anatas - TiO 2. Die SEM (Abbildung 3) und EDS (Figur 4) zeigt das TiO 2 und die auf der PFOTES HGM Oberfläche beschichtet sind. Der Kontaktwinkel (Abbildung 5) und Schiebewinkel (Abbildung 6) Tests stellen die Superhydrophobie. Der VIS-NIR -Durchlässigkeitstest (8) wird die Reflexionseigenschaften der TiO 2 -Beschichtung und die thermische Leitfähigkeit (Figur 9) zeigt , dass die Beschichtung nicht die Wärmeleitfähigkeit nicht erhöht.

Wie in 2 gezeigt ist , durchlaufen die vier Proben , die die XRD - Tests. Der breite Peak bei etwa 2θ = 23 ° repräsentiert die amorphen SiO 2, das ist die HauptKomponente des HGM. Dieser Peak ist in den vier Proben nachgewiesen, die die Existenz von HGM demonstriert. Da PFOTES die einzige Beschichtung mit einer Dicke von einigen Molekülen ist, ist es nicht das XRD-Signal ändern. Daher ist das XRD-Muster der ursprünglichen HGM, F-SCHGM, Ti-SCHGM und MCHGM fast gleich. Wie für Ti-SCHGM und MCHGM neben dem breiten Peak von SiO 2, den anderen Peaks ((101), (004), (200), (105), (211), (213) und (204)) sind perfekt indiziert zur Standard - TiO 2 (PDF # 89-4921). Dies spiegelt wider , dass die Anatas - TiO 2 in den Endprodukten gebildet wird.

Die REM - Aufnahmen sind in Abbildung 3 dargestellt. Wie in diesen Bildern gezeigt, haben der F-SCHGM und die ursprüngliche HGM auf der Oberfläche keinen Unterschied, weil die PFOTES Beschichtung nur wenige Moleküle dick ist. Für MCHGM und Ti-SCHGM, ist es ziemlich offensichtlich, dass es Beschichtungen auf der Oberfläche. Die EDS - Ergebnisse sind in 4 gezeigt. Die rosa Bereich in Abbildung 3 wurde durch EDS untersucht. Wie in 4a gezeigt, nur Si, O, Na und Ca nachgewiesen. In 4b neben diesen vier Elementen ist F ebenfalls nachgewiesen. Dies ist die Charakterisierung Element PFOTES, die ergab, wurde auf der HGM Oberfläche beschichtet werden. In Figur 4c ist neben den vier Elementen in 4a wurde Ti, detektiert, dass TiO 2 auf der HGM beschichtet anzeigt. In Figur 4d sind neben den fünf Elementen in 4c wurde F ebenfalls nachgewiesen. Dies zeigt , dass sowohl TiO 2 und PFOTES auf der HGM Oberfläche beschichtet sind.

Der Kontaktwinkel wurde dann untersucht. Wie in 5 gezeigt, die Kontaktwinkel der ursprünglichen HGM (5a), F-SCHGM (5b), Ti-SCHGM (5c) und MCHGM (Abbildung5d) sind 59 °, 141,2 °, 85 ° und 153 °. Mit Hilfe von PFOTES, die Kontaktwinkel von F-SCHGM und MCHGM zeigen sowohl eine enorme Steigerung. Jedoch ist ihr Schiebewinkel (6) unterschiedlich ist. Die Schiebewinkel F-SCHGM und MCHGM sind 67 ° und 16 °. Dies ist wegen der speziellen Struktur , die durch TiO 2 auf HGM gebildet. Diese spezielle Struktur erhöht die Oberflächenrauhigkeit, so dass der Gleitwinkel wird ebenfalls geändert. Das Cassie-Baxter Benetzungsmodell 26, in 7 gezeigt, ist in der Lage , das superhydrophobe Phänomen zu erklären. Formel 1 beschreibt dieses Modell. In dieser Formel ist θ c der scheinbare Kontaktwinkel, θ ist Young'schen Kontaktwinkel 27, und f die Festphasen - Fraktion. Mit Hilfe von TiO 2, die beide die Rauhigkeit der HGM Oberfläche und der F-Wert erhöht. Daher wurde der Kontaktwinkel größer. die TiO2 Beschichtung dazu beigetragen , die Säulenstruktur auf der HGM Oberfläche zu bilden. Daher wird der Wassertropfen durch eine Luftmatte abgestützt, und beim Gleiten ist der Widerstand kleiner ist. Somit ist der Gleitwinkel von MCHGM kleiner.

cos θ c = θ f cos - (1 - f) (1) 26

Das Reflexionsvermögen wurde dann untersucht und in 8 gezeigt. Da die Beschichtung kaum PFOTES das Reflexionsvermögen ändert, wurden diese vier Proben in zwei Gruppen unterteilt. Die erste ist die ursprüngliche HGM und F-SCHGM, und die zweite ist die Ti-SCHGM und MCHGM. In jeder Gruppe sind die Daten der Reflektivität recht ähnlich. Doch mit Hilfe von TiO 2, das Reflexionsvermögen um 5% erhöht.

Schließlich ist der Einfluß der TiO 2 -Beschichtung auf dem thermischen conductivity untersucht. Dies ist wichtig , da die TiO 2 -Beschichtung , die Wanddicke des HGM erhöht. Somit 2 die Wärmeleitfähigkeit von TiO -beschichteten HGM ein wenig höher als unbeschichtete HGM ist. Jedoch kann die Wärmeleitfähigkeit Verbesserung sollte nicht so offensichtlich, dass die gesamte Wärmeisolationseigenschaft schwächt. Wie in 9 gezeigt, da kaum der PFOTES die Wärmeleitfähigkeit geändert wird , nur TiO 2 beigetragen in diesen Parametern auf die Verstärkungen. Allerdings war der Anstieg begrenzt. Die Wärmeleitfähigkeiten des ursprünglichen HGM, F-SCHGM, Ti-SCHGM und MCHGM waren 0,0475 W / (m · K), 0,0479 W / (m · K), 0,0546 W / (m · K), und 0,0543 W / (m · K), respectively. Somit kann , selbst wenn die TiO 2 -Beschichtung , die Wärmeleitfähigkeit aufgrund der Verstärkung in HGM Wandstärke erhöht wird , war die Zunahme gering. Die Gesamtwärmeisolationseigenschaften derartiger TiO 2 -beschichteten HGM durch die Reflexionsverstärkung verbessert wurden , die Derived aus dem TiO 2.

Abbildung 1
Abbildung 1: Das Syntheseschema von MCHGM. Für andere Proben, wie F-SCHGM und Ti-SCHGM sind die Verfahren sehr ähnlich, aber ohne damit verbundene Rohstoffe. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2: XRD - Spektren des ursprünglichen HGM, superhydrophoben TiO2 / HGM und Standard - Anatas- TiO 2. Die Spektren wurden durch ein sehr vielseitiges Mehrzweckröntgenbeugungssystem mit Cu Ka-Strahlung (λ = 0,15406 nm) und einem 2θ von 10 ° bis 80 ° im Bereich detektiert. Es gibt keine offensichtlichen Unterschiede zwischen dem ursprünglichen HGMund F-SCHGM oder Ti-SCHGM und MCHGM. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3
Abbildung 3: Die Morphologie von (a) dem ursprünglichen HGM, (b) F-SCHGM, (c) Ti-SCHGM und (d) MCHGM, detektiert ein Rasterelektronenmikroskop. Auf dem Original HGM und F-SCHGM Oberflächen können die Beschichtungen nicht über SEM beobachtet werden, aber Beschichtungen auf den Oberflächen von Ti-SCHGM und MCHGM existieren. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: Die EDS - Messungen der roten Werkbereiche (a) , um die ursprünglichen HGM, (b) F-SCHGM, (c) Ti-SCHGM und (d) MCHGM, detektiert ein Rasterelektronenmikroskop. Die charakteristischen Elemente der PFOTES und TiO 2 wurden erkannt.

Abbildung 5
Abbildung 5: Der Kontaktwinkel (a) der ursprünglichen HGM, (b) F-SCHGM, (c) Ti-SCHGM und (d) MCHGM werden durch den Kontaktwinkel - Goniometer detektiert. Mit Hilfe von PFOTES, die Kontaktwinkel-Werte von F-SCHGEM und MCHGM zeigen eine starke Zunahme. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 6
Abbildung 6: Der Gleitwinkel von (a) F-SCHGM und (b) MCHGM. Der rote Kreis markiert den Gleitpfad des Wassertropfens. MCHGM zeigt ein lower Winkel schieben. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 7
Abbildung 7: Die Cassie-Baxter - Theorie der superhydrophoben benetzen. Dies ist das Modell, das Theorie beschreibt benetzen. Der schwarze Kreis stellt den Wassertropfen. Die kleinen Säulen stehen für die rauhe Oberfläche.

Abbildung 8
Abbildung 8: Die Reflexionsspektren der ursprünglichen HGM, F-SCHGM, Ti-SCHGM und MCHGM, durch das Spektrophotometer nachgewiesen. Die TiO 2 -beschichteten HGM bessere Reflektivität als die ursprüngliche HGM zeigt. Bitte klicken Sie hier , um view eine größere Version dieser Figur.

9
Abbildung 9: Die Wärmeleitfähigkeit der vier Proben, die von einem Wärmeleitfähigkeitsmesser erfasst. Der Anstieg der Wärmeleitfähigkeit ergibt sich aus der Verstärkung der Wanddicke. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

In diesem Manuskript ist der kritische Schritt in dem Protokoll die hydrothermalen Verfahren. Es beeinflusst die Bildung von TiO 2, die letzten Reflexionsvermögen und die superhydrophoben. Die Temperaturkontrolle und Reaktionszeit ist auch sehr wichtig. Wenn die Reaktionsbedingungen zu ändern, können die Endprodukte fehlerhaft sein.

Diese Methode bietet einen einfachen Weg superhydrophoben und hoch IR-reflektierenden HGM in einem Schritt zu synthetisieren. In früheren Forschungsarbeiten wurden die superhydrophoben und Reflexionseigenschaften durch separate Mittel erreicht 28, 29, 30. Daher sind sowohl zu erhalten, werden mindestens zwei Schritte erforderlich. In diesem Manuskript, ein einstufiges Verfahren ist weitgehend Verbesserung der Produktionseffizienz vorgeschlagen. Auch mit diesen beiden Eigenschaften kombiniert, die IR-reflektierende Beschichtung wird vor Verschmutzung geschützt, und die Beschichtungsleistung kann für eine lange Zeit beibehalten werden. </ P>

Allerdings gibt es eine Einschränkung in Bezug auf die Synthese im großen Maßstab. Diese Methode soll weiter für solche Zwecke modifiziert werden. Wenn es zu einem großen hydrothermalen Reaktor kommt, muss die Wärme- und Stoffübertragung gut organisiert sein.

Diese Technik ist von Bedeutung, wenn im Vergleich zu bestehenden Verfahren, weil es für die Synthese von superhydrophoben und hoch IR-reflektierenden HGM in einem Schritt ermöglicht. Die Beschichtung ist der Schlüsselfaktor für die IR-reflektierenden. Daher ist es auch sehr wichtig, dass die Oberfläche sauber zu halten. Mit der superhydrophoben selbstreinigenden Eigenschaft kann die Beschichtung vor Verschmutzung geschützt werden, und die Lebensdauer verlängert werden kann. Darüber hinaus, weil zwei Schritten einen Schritt reduziert, die Energie während der Produktion verbraucht wird ebenfalls reduziert.

Die vorgeschlagene Technik in diesem Manuskript gezeigt stellt eine gute Methode, ein Wärmeisoliermaterial mit einer breiten Vielzahl von Anwendungen zu synthetisieren. Die superhydrophoben property mit anderen Eigenschaften, wie IR-Reflexion kombiniert. Daher kann , wenn erforderlich, können die superhydrophobe Syntheseverfahren in anderen funktionellen Materialien, wie beispielsweise IR-Absorptionsmaterialien 31, Korrosionsschutzmittel 32 oder auch Solarzellen 33 angewandt werden.

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Acknowledgments

Die Arbeiten in diesem Papier beschrieben wurden durch einen Zuschuss von den CII-HK / PolyU Innovationsfonds unterstützt. Weitere Unterstützung wurde von dem Shenzhen Peacock Plan (KQTD2015071616442225) und die chinesischen Regierung "Thousand Talent" Program (Y62HB31601) zur Verfügung gestellt. Auch die Hilfe von der Abteilung für angewandte Biologie & Chemical Technology von der Hong Kong Polytechnic University und der Hong Kong Polytechnic University Research Institute für nachhaltige Stadtentwicklung (RISUD) geschätzt wird.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
HGM Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Science N/A N/A
TBT Sigma-Aldrich CAS#: 5593-70-4 Analytical grade
Ethyl Alcohol Sigma-Aldrich CAS#: 64-17-5 Analytical grade
PFOTES Sigma-Aldrich CAS#: 51851-37-7 98%

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References

  1. Yung, K. C., Zhu, B. L., Yue, T. M., Xie, C. S. Preparation and properties of hollow glass microsphere-filled epoxy-matrix composites. Compos. Sci. Technol. 69 (2), 260-264 (2008).
  2. Xu, N., Dai, J., Zhu, Z., Huang, X., Wu, P. Synthesis and characterization of hollow glass-ceramics microspheres. Compos. Sci. Technol. 72 (4), 528-532 (2011).
  3. Li, B., Yuan, J., An, Z., Zhang, J. Effect of microstructure and physical parameters of hollow glass microsphere on insulation performance. Mater. Lett. 65 (12), 1992-1994 (2011).
  4. Hu, Y., Mei, R., An, Z., et al. Silicon rubber/hollow glass microsphere composites: Influence of broken hollow glass microsphere on mechanical and thermal insulation property. Compos. Sci. Technol. 79, 64-69 (2013).
  5. Geleil, A. S., Hall, M. M., Shelby, J. E. Hollow glass microspheres for use in radiation shielding. J. Non-Cryst. Solids. 352, 620-625 (2006).
  6. Khimiya. Handbook of Fillers for Polymeric Composite Materials [Russian translation]. , Moscow. (1981).
  7. Greiner-Bar, G. HoNe Mikroglaskugeln. Herstellung, Eigenschaften und Anwendung. Silikattechnik. 40 (1), 23-25 (1989).
  8. Method for storing hydrogen, and related articles and systems. United States Patent. Kool, L. B. , 7749304 (2010).
  9. Brow, R. K., Schmitt, M. L. A survey of energy and environmental application of glass. J. Eur. Ceram. Soc. 29, 1193-1201 (2009).
  10. Awaja, F., Arhatari, B. D. X-ray Micro Computed Tomography investigation of accelerated thermal degradation of epoxy resin/glass microsphere syntactic foam. Composites Part A. 40 (8), 1217-1222 (2009).
  11. Wang, S., Luo, R., Ni, Y. Preparation and characterization of resin-derived carbon foams reinforced by hollow ceramic microspheres. Mater. Sci. Eng., A. 527 (15), 3392-3395 (2010).
  12. Carp, O., Huisman, C. L., Reller, A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Prog. Solid State Chem. 32 (1), 33-177 (2004).
  13. Fujishima, A., Rao, T. N., Tryk, D. A. Titanium dioxide photocatalysis. J. Photochem. Photobiol. C. 1 (1), 1-21 (2000).
  14. Fujishima, A. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 238 (5358), 37-38 (1972).
  15. Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W., et al. Environmental applications of semiconductor photocatalysis. Chem. Rev. 95 (1), 69-96 (1995).
  16. Chen, X., Mao, S. S. Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications. Chem. Rev. 107 (7), 2891-2959 (2007).
  17. Yuan, J., An, Z., Li, B., et al. Facile aqueous synthesis and thermal insulating properties of low-density glass/TiO2 core/shell composite hollow spheres. Particuology. 10 (4), 475-479 (2012).
  18. Yan, H., Yuanhao, W., Hongxing, Y. TEOS/silane coupling agent composed double layers structure: A novel super-hydrophilic coating with controllable water contact angle value. Appl. Energy. , (2015).
  19. Wang, Y., Yang, H., Lu, L. Three-dimensional double deck meshlike dye-sensitized solar cells. J. Appl. Phys. 108 (6), 064510 (2010).
  20. Wang, Y., Yang, H., Xu, H. DNA-like dye-sensitized solar cells based on TiO 2 nanowire-covered nanotube bilayer film electrodes. Mater. Lett. 64 (2), 164-166 (2010).
  21. Wang, Y., Lu, L., Yang, H., et al. Development of high dispersed TiO2 paste for transparent screen-printable self-cleaning coatings on glass. J. Nanopart. Res. 15 (1), 1-6 (2013).
  22. Kwok, D. Y., Neumann, A. W. Contact angle measurement and contact angle interpretation. Adv. Colloid Interface Sci. 81 (3), 167-249 (1999).
  23. Pierce, E., Carmona, F. J., Amirfazli, A. Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments. Colloids Surf., A. 323 (1), 73-82 (2008).
  24. Kim, W. S., Kim, T. H., Kim, E. S., et al. Microwave dielectric properties and far infrared reflectivity spectra of the (Zr0. 8Sn0. 2) TiO4 ceramics with additives. Jpn. J. Appl. Phys. 37 (9S), 5367 (1998).
  25. Hasselman, D. P. H., Johnson, L. F. Effective thermal conductivity of composites with interfacial thermal barrier resistance. J. Compos. Mater. 21 (6), 508-515 (1987).
  26. Cassie, A. B. D., Baxter, S. Wettability of porous surfaces. Trans. Faraday Soc. 40, 546-551 (1944).
  27. Wenzel, R. N. Resistance of solid surfaces to wetting by water. Ind. Eng. Chem. Res. 28 (8), 988-994 (1936).
  28. Shirtcliffe, N. J., McHale, G., Newton, M. I., et al. Intrinsically superhydrophobic organosilica sol-gel foams. Langmuir. 19 (14), 5626-5631 (2003).
  29. Rothstein, J. P. Slip on superhydrophobic surfaces. Annu. Rev. Fluid Mech. 42, 89-109 (2010).
  30. Rodošek, M., Kreta, A., Gaberšček, M., et al. Ex situ IR reflection-absorption and in situ AFM electrochemical characterisation of the 1, 2-bis (trimethoxysilyl) ethane-based protective coating on AA 2024 alloy. Corros. Sci. 102, 186-199 (2016).
  31. Jiang, J., Zhang, J., Zhu, P., et al. High pressure studies of Ni 3[(C 2 H 5 N 5) 6 (H 2 O) 6](NO 3) 6· 1.5 H 2 O by Raman scattering, IR absorption, and synchrotron X-ray diffraction. RSC Adv. 6 (69), 65031-65037 (2016).
  32. Arukalam, I. O., Oguzie, E. E., Li, Y. Fabrication of FDTS-modified PDMS-ZnO nanocomposite hydrophobic coating with anti-fouling capability for corrosion protection of Q235 steel. Journal of Colloid and Interface Science. 484, 220-228 (2016).
  33. Hou, W., Xiao, Y., Han, G., et al. Serrated, flexible and ultrathin polyaniline nanoribbons: An efficient counter electrode for the dye-sensitized solar cell. J. Power Sources. 322, 155-162 (2016).

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Chemistry Ausgabe 122 TiO Hohlglasmikrokugeln (HGM) super Hydrophobizität Infrarot (IR) Reflektionsvermögen Röntgenbeugung (XRD) Rasterelektronenmikroskopie (SEM) energiedispersiven Detektor (EDS)
TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -beschichteten Glashohlkugeln mit Superhydrophobe und hohe IR-reflektierende durch eine Soft-Chemie synthetisiert Eigenschaften
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Wong, Y., Zhong, D., Song, A., Hu,More

Wong, Y., Zhong, D., Song, A., Hu, Y. TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method. J. Vis. Exp. (122), e55389, doi:10.3791/55389 (2017).

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