يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تيو

9.7K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/55389

⸱

أبريل 26, 2017

 ,  ,  , 
1Department of Biomedical Science, City University of Hong Kong, 2Technological and Higher Education Institute of Hong Kong, 3Hong Kong Polytechnic University, 4Pavotech Co. Ltd.

في هذه المقالة

ملخص

تقترح هذه المخطوطة طريقة كيمياء ناعمة لتصنيع الكريات المجهرية الزجاجية المجوفة الفائقة للماء والمغلفة ب TiO2 (HGM) مع خصائص عاكسة عالية للأشعة تحت الحمراء.

الملخص

وتقترح هذه المخطوطة طريقة لينة الكيمياء لتطوير المجهرية الزجاج جوفاء superhydrophobic ودرجة عالية من الأشعة تحت الحمراء للانعكاس (HGM). والمغلفة التيتانيوم Anatase تيو 2 وكيل superhydrophobic على سطح HGM في خطوة واحدة. وقد تم اختيار TBT وPFOTES كمصدر تي وكيل superhydrophobic، على التوالي. كانوا على حد سواء المغلفة على HGM، وبعد عملية الحرارية المائية، وتحول TBT إلى التيتانيوم Anatase تيو 2. في هذه الطريقة، PFOTES / تيو 2 المغلفة HGM (MCHGM) أعدت. وعلى سبيل المقارنة، PFOTES واحد المغلفة HGM (F-SCHGM) وتيو 2 واحد المغلفة HGM (تي-SCHGM) تم تصنيعه أيضا. وقد أظهرت PFOTES وتيو 2 الطلاء على السطح HGM من خلال حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني (SEM)، وكاشف المشتتة للطاقة (EDS) الأوصاف. أظهرت MCHGM زاوية أعلى الاتصال (153 درجة) ولكن أقل انزلاق زاوية (16 درجة) من F-SCHGM، مع زاوية الاتصال 141.26؛ وانزلاق زاوية 67 درجة. وبالإضافة إلى ذلك، عرض كل من تي-SCHGM وMCHGM القيم IR انعكاسية مماثلة، والتي كانت أعلى نحو 5.8٪ من HGM الأصلي وF-SCHGM. أيضا، وطلاء PFOTES بالكاد تغيرت التوصيل الحراري. ولذلك، F-SCHGM، مع التوصيل الحراري من 0.0479 W / (م · K)، وكان تماما مثل HGM الأصلي، الذي كان 0.0475 W / (م · K). كانت مشابهة أيضا MCHGM وتي SCHGM. كانت قيمهم الموصلية الحرارية 0.0543 W / (م · K) و0.0543 W / (م · K)، على التوالي. طلاء تيو 2 زيادة طفيفة الموصلية الحرارية، ولكن مع زيادة انعكاسية، تم تعزيز الملكية العزل الحراري بشكل عام. وأخيرا، منذ يتم توفير الملكية التي تعكس الأشعة تحت الحمراء عن طريق طلاء HGM، إذا تم عرقلة طلاء، يقلل من انعكاسية. لذلك، مع طلاء superhydrophobic، وحماية السطح من قاذورات، والتي تستغرق من عمر البطارية أيضا.

المقدمة

المجهرية الزجاج جوفاء (HGM) هي مواد غير عضوية تتراوح في حجمها 10-100 ميكرون. أن تثبت العديد من الخصائص المفيدة، مثل تشتت ممتازة، والقدرة تدفق عالية، ومنخفض الكثافة، ومتفوقة خصائص العزل الحراري 1، 2، 3، 4. بسبب هيكلها جوفاء، HGM لها الموصلية الحرارية المنخفضة جدا 10 و 11. لهذه الأسباب، يتم تطبيقها في العديد من المجالات، بما في ذلك هندسة الطيران 5 والتنقيب في أعماق البحار 6 و 7 و تخزين الهيدروجين 8 و 9، وما إلى ذلك، فإنها لا تزال تثبت بعض العيوب، مثل قوة منخفضة. وبالإضافة إلى ذلك، ضوء الأشعة تحت الحمراء غير قادرة على نقل خلال HGM وتسخين هذا الموضوع وراءها. لذلكه، والتعديلات على سطح HGM ضرورية للحد من النقل الحراري الإشعاعي. وسيلة فعالة هو معطف مادة حاجبة الأشعة تحت الحمراء على سطح HGM. كما أشباه الموصلات، وقد استخدمت تيو 2 في العديد من المجالات، مثل الصور الحفز 12 و 13، وتطوير الخلايا الشمسية، وأجهزة الاستشعار تصنيع 14، والتطبيقات البيئية 15، وتخزين الطاقة 16. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يظهر أيضا الابتعاثية منخفضة في الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء الفرقة 17 و 18 و 19. لذلك، لأغراضنا، كان تيو 2 مجموعة الحكيمة نظرا لانخفاض الاسعار نسبيا والأداء العالي.

ومع ذلك، وطلاء من السهل جدا للملوثات كريهة، والذي يؤثر بشكل خطير على انعكاسية تيو 2. انعكاسية يجب أن تقلل تدريجيا. ولذلك، فإن قانون حالة الطوارئو تنظيف طلاء ضروري لمنع طلاء من قاذورات وإطالة وقت العمل من هذا الطلاء.

في هذه المخطوطة، تم استخدام طريقة لينة الكيمياء لتطوير superhydrophobic تيو 2 المغلفة HGM. وقد تم اختيار رباعي بيوتيل تيتانات (TBT) و1H، 1H، 2H، 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) كمصدر تي وكيل superhydrophobic، على التوالي. وتحلل أنها وتترسب على سطح HGM. ثم، بعد عملية الحرارية المائية، والتيتانيوم Anatase تيو 2 تشكلت على سطح HGM، وظلت خصائص superhydrophobic. وعلى سبيل المقارنة، PFOTES واحد المغلفة HGM (F-SCHGM) وتيو 2 واحد المغلفة HGM (تي-SCHGM) تم تصنيعه أيضا. يظهر مخطط التوليف في الشكل 1.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. المعالجة المسبقة للHGM

  1. ضع HGM في كوب 500 مل مع 200 مل من الكحول المطلق. كثافة منخفضة من دون انقطاع HGM يؤدي إلى تعليق في الكحول، ولكن لأن كثافة من كسر HGM أكبر من ذلك من الكحول، فإنه يترسب في الحل. بعد 30 دقيقة، وجمع HGM مع وقف التنفيذ باستخدام ملعقة نظيفة وجافة في 80 ° C في الفرن لمزيد من التطبيق.

2. تجميع MCHGM

  1. ضع 5 غرام من دون انقطاع HGM، 47.5 مل من الايثانول، و 2.5 مل من الماء DI في قارورة ثلاثة العنق. يحرك باستخدام محرك خلط في 400 دورة / دقيقة لمدة 20 دقيقة (قبل الاختلاط).
  2. خلط 15 غراما من TBT، 1 غرام من PFOTES، و 30 مل من الكحول المطلق في كوب 200 مل. صب الخليط في قمع الضغط المستمر.
  3. إدراج قمع الضغط المستمر في واحدة من الثقوب القارورة ثلاثة العنق. إسقاط خليط الواردة في قمع الضغط المستمر في قارورة ثلاثة العنق، بسرعة1 قطرة في 7 ق، الذي يتحقق عن طريق ضبط صمام للقمع الضغط المستمر. تواصل التفاعل لمدة 3 ساعات.
  4. يصب الخليط من القارورة ثلاثة العنق، إلى مفاعل المائية. وضع مفاعل مختومة في كم الصلب مناسبة في C فرن 180 درجة لمدة 6 ساعات.
    ملاحظة: تأكد من أن المفاعل لديه غطاء مناسب. بعد تغطيتها، ووضع المفاعل في الأكمام الصلب. وينبغي أيضا أن تكون مختومة الأكمام مع غطاء.
  5. بعد رد الفعل هو أكثر، وجمع العينات علقت في المفاعل الحراري المائي باستخدام ملعقة كبيرة. تجفيف العينات في 80 درجة مئوية لمدة 4 ساعات للحصول على MCHGM.

3. توليف F-SCHGM

  1. إضافة 5 غرام من دون انقطاع HGM، 47.5 مل من الايثانول المطلق، و 2.5 مل من الماء DI إلى قارورة ثلاثة العنق. يحرك باستخدام محرك خلط في 400 دورة / دقيقة لمدة 20 دقيقة (قبل الاختلاط). مزيج 1 غرام من PFOTES و 30 مل من الايثانول المطلق في كوب 200 مل. نقل PFOTES والبريد المطلقthanol الخليط لقمع الضغط المستمر.
  2. إدراج قمع الضغط المستمر في قارورة ثلاثة العنق. إسقاط خليط الواردة في قمع الضغط المستمر في قارورة ثلاثة العنق، بسرعة 1 قطرة في 7 ق. دع رد فعل تشغيل لمدة 3 ساعات.
  3. نقل خليط من القارورة ثلاثة العنق لمفاعل المائية. وضع مفاعل مختومة في C فرن 180 درجة لمدة 6 ساعات. بعد رد الفعل هو أكثر، وجمع العينات علقت في المفاعل الحراري المائي باستخدام ملعقة كبيرة. تجفيف العينات في 80 درجة مئوية لمدة 4 ساعات للحصول F-SCHGM.

4. توليف تي SCHGM

  1. ضع 5 غرام من دون انقطاع HGM، 47.5 مل من الايثانول المطلق، و 2.5 مل من الماء DI في قارورة ثلاثة العنق. إثارة في 400 دورة / دقيقة لمدة 20 دقيقة (قبل الاختلاط). خلط 15 غراما من TBT و 30 مل من الايثانول المطلق في كوب 200 مل. نقل TBT وخليط الايثانول المطلق لقمع الضغط المستمر.
  2. إدراج-بريه ثابتةتأكد قمع في قارورة ثلاثة العنق. إسقاط الخليط في قمع الضغط المستمر في قارورة ثلاثة العنق، بسرعة 1 قطرة في 7 ق. دع رد فعل تشغيل لمدة 3 ساعات.
  3. نقل خليط من القارورة ثلاثة العنق لمفاعل المائية. وضع مفاعل مختومة في C فرن 180 درجة لمدة 6 ساعات. جمع العينات في المفاعل الحراري المائي بعد رد الفعل قد انتهى. تجفيف العينات في 80 درجة مئوية لمدة 4 ساعات للحصول على تي-SCHGM.

5.، توصيف

  1. إجراء الأوصاف XRD على جميع العينات. جمع البيانات باستخدام، متعددة الأغراض نظام حيود الأشعة السينية تنوعا للغاية مع الإشعاع النحاس Kα (λ = 0.15406 نانومتر) و2θ تتراوح بين 10 درجة إلى 80 درجة.
  2. الحصول على المسح المجهر 20، 21 الصور بعد رش العينات مع الذهب. وخلال الاختبارات SEM، إجراء EDS على منطقة معينة.
  3. قياسزاوية الأتصال باستخدام مقياس الزوايا اتصال الزاوية 22؛ يجب أن يكون حجم قطرة الماء 10 ميكرولتر.
  4. قياس زاوية انزلاق 23 عن طريق تغيير زاوية ميل السطح. تقليل زاوية حتى قطرة الماء يمكن أن تنزلق للتو الى اسفل.
    1. عصا الشريط على الوجهين على ورقة الزجاج (الحجم: 26 مم × 76 مم × 2 مم). باستخدام ملعقة، موحد وضع مساحيق (F-SCHGM أو MCHGM) على الشريط. باستخدام محقن، إضافة قطرة ماء (حجم: 0.05 مل) على سطح مسحوق.
    2. وضع ورقة الزجاج على منصة المحرك لمقياس الزوايا اتصال الزاوية. إمالة الورقة الزجاج بالانحناء منصة المحرك بمعدل 1 ° / ثانية. وقف المحرك عندما يبدأ قطرة الماء إلى الشريحة. زاوية الميل هي زاوية انزلاق.
  5. قياس أطياف انعكاسية باستخدام مطياف 24. ملاحظة: الطول الموجي من 450 نانومتر إلى 2550 نانومتر.
  6. قياس التوصيل الحراري للجميع العيناتباستخدام متر الموصلية الحرارية 25.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

الاختبارات في الخطوة 4.4 تكشف العديد من الميزات والخصائص من العينات. وXRD (الشكل 2) يعكس تشكيل التيتانيوم Anatase تيو 2. وSEM (الشكل 3) وEDS (الشكل 4) عرض تيو 2 و PFOTES التي المغلفة على سطح HGM. زاوية الاتصال (الشكل 5) والانزلاق زاوية (الشكل 6) اختبارات تمثل superhydrophobicity. النفاذية اختبار فيس-NIR (الشكل 8) يصف الخصائص ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

في هذا المخطوط، وخطوة حاسمة في البروتوكول هي عملية الحرارية المائية. أنه يؤثر على تشكيل تيو 2، وانعكاسية النهائي، وsuperhydrophobicity. التحكم في درجة الحرارة وفترة رد الفعل هي أيضا كبيرة جدا. إذا تغيرت ظروف التفاعل، والمنتجات النهائية يمكن أن تكون معيبة.

يوفر هذا الأسلوب طريقة بسيطة لتجميع HGM superhydrophobic ودرجة عالية من الأشعة تحت الحمراء للانعكاس في خطوة واحدة. في الأبحاث السابقة، تحققت superhyd...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

وأيد العمل الموصوف في هذه الورقة من خلال منحة من صندوق CII-HK / PolyU الابتكار. وقدمت المزيد من الدعم من قبل خطة شنتشن الطاووس (KQTD2015071616442225) والحكومة الصينية "ألف المواهب" برنامج (Y62HB31601). أيضا، وأعرب عن تقديره للمساعدة من قسم الأحياء التطبيقية والتكنولوجيا الكيميائية من جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية ومعهد هونغ كونغ جامعة البوليتكنيك لبحوث التنمية الحضرية المستدامة (RISUD).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
المعهد التقني HGM للفيزياء والكيمياء ، الأكاديمية الصينية للعلومN / AN / A
TBTSigma-AldrichCAS #: 5593-70-4من الدرجة التحليلية
سيجما-ألدريتشCAS #: 64-17-5
سلفونات الفينيل البيرالتحليلية سيجما-ألدريتشCAS #: 51851-37-798٪
الكحول الإيثيلي الصف

المراجع

  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. , 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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

طلاء فائق الكارهية للماءطلاء ثاني أكسيد التيتانيوم بنمط الأناتازعامل PFOTES الفائق الكارهية للماءحيود الأشعة السينيةالمجهر الإلكتروني الماسحقياس زاوية التلامستحليل الموصلية الحرارية
تيو
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.