Questo manoscritto propone un metodo di chimica morbida per sintetizzare microsfere di vetro cave (HGM) superidrofobiche, rivestite di TiO2 con elevate proprietà riflettenti IR.
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In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo manoscritto propone un metodo soft-chimica per sviluppare microsfere cave di vetro superhydrophobic e altamente IR-riflettenti (HGM). L'anatasio TiO 2 ed un agente superhydrophobic sono state rivestite in superficie HGM in un unico passaggio. TBT e PFOTES stati selezionati come sorgente di Ti e l'agente superidrofobica, rispettivamente. Entrambi sono stati rivestiti sulla HGM, e dopo il processo idrotermico, il TBT rivolto a anatasio TiO 2. In questo modo, un PFOTES / TiO 2 Rivestiti HGM (MCHGM) fu preparato. Per confronto, PFOTES singolo rivestito HGM (F-SCHGM) e TiO 2 single-rivestito HGM (Ti-SCHGM) sono stati sintetizzati pure. I PFOTES e TiO 2 rivestimenti sulla superficie HGM state dimostrate mediante diffrazione di raggi X (XRD), microscopia elettronica a scansione (SEM), e caratterizzazioni rivelatore a dispersione di energia (EDS). Il MCHGM mostrato un maggiore angolo di contatto (153 °), ma un angolo inferiore scorrevole (16 °) rispetto F-SCHGM, con un angolo di contatto di 141,26; e un angolo di 67 ° scorrevole. Inoltre, sia Ti-SCHGM e MCHGM visualizzati valori IR riflettività simili, che erano superiori a circa il 5,8% rispetto all'originale HGM e F-SCHGM. Inoltre, il rivestimento PFOTES appena cambiato la conducibilità termica. Pertanto, F-SCHGM, con una conducibilità termica di 0,0479 W / (m · K), era piuttosto come l'originale HGM, che era 0,0475 W / (m · K). MCHGM e Ti-SCHGM erano anche simili. I loro valori di conducibilità termica erano 0,0543 W / (m · K) e 0,0543 W / (m · K), rispettivamente. Il rivestimento TiO 2 leggermente aumentato la conduttività termica, ma con l'aumento della riflettività, la struttura complessiva isolamento termico è stata migliorata. Infine, poiché la proprietà IR-riflettente è fornita dal rivestimento HGM, se il rivestimento viene sporcata, la riflettività diminuisce. Pertanto, con il rivestimento superhydrophobic, la superficie è protetta da incrostazioni, e la sua durata è anche prolungato.
Introduzione
microsfere cave di vetro (HGM) sono materiali inorganici di dimensioni variabili da 10 a 100 um. Essi dimostrano molte caratteristiche utili, come dispersione eccellente, capacità di flusso elevata, bassa densità, e proprietà di isolamento termico superiori 1, 2, 3, 4. A causa della loro struttura cava, HGM ha una bassissima conducibilità termica 10, 11. Per queste ragioni, sono applicati in molti settori, tra cui aerospaziale 5, esplorazione altura 6, 7, 8 stoccaggio di idrogeno, 9, ecc Tuttavia, ancora mostrano alcuni svantaggi, come la bassa resistenza. Inoltre, la luce IR è in grado di trasmettere attraverso HGM e riscaldare il soggetto dietro. Perciòe, modificazioni superficiali su HGM sono essenziali per ridurre il trasferimento termico radiativo. Un metodo efficace è quello di rivestire un materiale IR-bloccanti sulla superficie HGM. Come un semiconduttore, TiO 2 è stato utilizzato in molti settori, come fotocatalisi 12, 13, sviluppo celle solari, sensore fabbricazione 14, applicazioni ambientali 15, e accumulo di energia 16. Inoltre, mostra anche a bassa emissività nel visibile e dell'infrarosso 17, 18, 19. Pertanto, per i nostri scopi, TiO 2 era una selezione prudente a causa del suo prezzo relativamente basso e alto rendimento.
Tuttavia, il rivestimento è abbastanza facile per gli inquinanti al fallo, che colpisce seriamente la riflettività di TiO2. La riflettività deve ridurre gradualmente. Pertanto, un self-pulizia rivestimento è essenziale per evitare che il rivestimento da incrostazioni e per prolungare il tempo di lavoro di un tale rivestimento.
In questo manoscritto, un metodo soft-chimica è stata utilizzata per sviluppare superhydrophobic TiO2 Rivestiti HGM. Tetrabutil titanato (OTC) e 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) sono stati selezionati come sorgente Ti e agente superidrofobica, rispettivamente. Sono stati idrolizzati e depositate sulla superficie HGM. Poi, dopo il processo idrotermico, l'anatasio TiO 2 formata sulla superficie HGM, e le proprietà superhydrophobic rimasto. Per confronto, PFOTES singolo rivestito HGM (F-SCHGM) e TiO 2 single-rivestito HGM (Ti-SCHGM) sono stati sintetizzati pure. Lo schema di sintesi è illustrato in Figura 1.
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Protocollo
1. Trattamento di HGM
- Posizionare il HGM in un bicchiere da 500 mL con 200 ml di alcool assoluto; la bassa densità di ininterrotta HGM induce a sospendere in alcool, ma perché la densità di rotture HGM è maggiore di quello dell'alcool, precipita nella soluzione. Dopo 30 min, raccogliere il HGM sospesa con un cucchiaio pulito ed asciutto a 80 ° C in un forno per ulteriore applicazione.
2. Sintesi di MCHGM
- Porre 5 g di ininterrotta HGM, 47,5 mL di etanolo e 2,5 ml di acqua DI in un pallone a tre colli. Mescolare utilizzando un mescolatore a 400 giri / min per 20 min (premiscelazione).
- Mescolare 15 g del TBT, 1 g di PFOTES, e 30 mL di alcol assoluto in un becher da 200 ml. Versare la miscela in un imbuto a pressione costante.
- Inserire l'imbuto a pressione costante in uno dei fori del pallone a tre colli. Goccia la miscela contenuta nell'imbuto a pressione costante nel pallone a tre colli ad una velocità di1 goccia ogni 7 s, che si ottiene regolando la valvola dell'imbuto pressione costante. Continuare la reazione per 3 ore.
- Versare il composto dal pallone a tre colli in un reattore idrotermale. Mettere il reattore sigillato in un manicotto di acciaio adatto in un forno a 180 ° per 6 h.
NOTA: Assicurarsi che il reattore ha una copertura adeguata. Dopo che è coperto, mettere il reattore nel manicotto di acciaio. Il manicotto deve essere sigillato con un coperchio. - Dopo che la reazione è terminata, raccogliere i campioni in sospensione nel reattore idrotermale con un grande cucchiaio. Essiccare i campioni a 80 ° C per 4 ore per ottenere MCHGM.
3. Sintesi di F-SCHGM
- Aggiungere 5 g di ininterrotta HGM, 47,5 mL di etanolo assoluto, e 2,5 ml di acqua DI ad un pallone a tre colli. Mescolare utilizzando un mescolatore a 400 giri / min per 20 min (premiscelazione). Mescolare 1 g di PFOTES e 30 mL di etanolo assoluto in un becher da 200 ml. Trasferire il PFOTES e assoluta emiscela thanol ad un imbuto a pressione costante.
- Inserire l'imbuto a pressione costante nel pallone a tre colli. Goccia la miscela contenuta nell'imbuto a pressione costante nel pallone a tre colli ad una velocità di 1 goccia per 7 s. Lasciate che la reazione di una durata di 3 ore.
- Trasferire il composto dal pallone a tre colli da un reattore idrotermale. Mettere il reattore sigillato in un forno a 180 ° per 6 h. Dopo che la reazione è terminata, raccogliere i campioni in sospensione nel reattore idrotermale con un grande cucchiaio. Essiccare i campioni a 80 ° C per 4 h per ottenere F-SCHGM.
4. Sintesi di Ti-SCHGM
- Porre 5 g di ininterrotta HGM, 47,5 mL di etanolo assoluto, e 2,5 mL di acqua deionizzata in un pallone a tre colli. Mescolare a 400 giri / min per 20 min (pre-miscelazione). Mescolare 15 g di OTC e 30 mL di etanolo assoluto in un becher da 200 ml. Trasferire il TBT e miscela di etanolo assoluto ad un imbuto a pressione costante.
- Inserire le costanti-presAssicurarsi imbuto nel pallone a tre colli. Goccia la miscela nell'imbuto a pressione costante nel pallone a tre colli ad una velocità di 1 goccia per 7 s. Lasciate che la reazione di una durata di 3 ore.
- Trasferire il composto dal pallone a tre colli da un reattore idrotermale. Mettere il reattore sigillato in un forno a 180 ° per 6 h. Raccogliere i campioni nel reattore idrotermale dopo la reazione è terminata. Essiccare i campioni a 80 ° C per 4 h per ottenere Ti-SCHGM.
5. Caratterizzazioni
- Condurre caratterizzazioni XRD su tutti i campioni. Raccogliere i dati utilizzando un sistema polivalente diffrazione di raggi X è molto versatile con Cu Ka radiazioni (λ = 0,15,406 mila nm) e una 2θ che varia da 10 ° a 80 °.
- Acquisire microscopio elettronico a scansione 20, 21 immagini dopo spruzzando i campioni con oro. Durante le prove SEM, conduce l'EDS è su un'area specifica.
- misurare laangolo di contatto utilizzando un contatto angolo goniometro 22; il volume delle gocce d'acqua dovrebbe essere di 10 microlitri.
- Misurare l'angolo di scivolamento 23 cambiando l'angolo di inclinazione della superficie. Minimizzare l'angolo finché la goccia d'acqua può semplicemente scivolare giù.
- Bastone nastro biadesivo su una lastra di vetro (dimensioni: 26 mm x 76 mm x 2 mm). Usando un cucchiaio, posizionare uniformemente le polveri (F-SCHGM o MCHGM) sul nastro. Utilizzando un iniettore, aggiungere una goccia d'acqua (volume: 0,05 mL) alla superficie della polvere.
- Mettere la lastra di vetro sulla piattaforma del motore del goniometro contatto angolo. Inclinare la lastra di vetro inclinando la piattaforma motore a una velocità di 1 ° / s. Arrestare il motore quando la goccia d'acqua inizia a scorrere; l'angolo di inclinazione è l'angolo di scorrimento.
- Misurare le spettri di riflettività utilizzando uno spettrofotometro 24. NOTA: La lunghezza d'onda è da 450 nm a 2.550 nm.
- Misurare la conducibilità termica di tutti i campioniutilizzando un misuratore di conducibilità termica 25.
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Risultati
I test in fase 4.4 rivelano molte caratteristiche e proprietà dei campioni. La XRD (Figura 2) riflette la formazione di anatasio TiO 2. Il SEM (Figura 3) e EDS (Figura 4) visualizzare la TiO 2 e PFOTES che sono rivestite in superficie HGM. L'angolo di contatto (figura 5) e l'angolo di scorrimento (Figura 6) Test rappresentano la superhydrophobicity. Il test trasmittanza Vis-...
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Discussione
In questo manoscritto, il passo critico nel protocollo è il processo idrotermale. Essa influenza la formazione di TiO 2, la riflettività finale, e il superhydrophobicity. Il controllo della temperatura e tempo di reazione sono anche abbastanza significativi. Se le condizioni di reazione cambiano, i prodotti finali possono essere viziata.
Questo metodo fornisce un modo semplice per sintetizzare superhydrophobic e altamente IR-riflettente HGM in un'unica fase. Nella ricerca prec...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Il lavoro descritto in questo documento è stato sostenuto da una sovvenzione da parte del Fondo per l'Innovazione CII-HK / PolyU. Ulteriore supporto è stato fornito dal Piano di Shenzhen Pavone (KQTD2015071616442225) e il governo cinese programma "Mille Talent" (Y62HB31601). Inoltre, l'aiuto da parte del Dipartimento di Biologia Applicata e Tecnologia Chimica del Politecnico di Hong Kong e l'Istituto Politecnico di Hong Kong di Ricerca per lo Sviluppo Urbano Sostenibile (RISUD) è apprezzato.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| HGM | Istituto Tecnico di Fisica e Chimica, Accademia Cinese delle Scienze | N/A | N/A |
| TBT | Sigma-Aldrich | CAS#: 5593-70-4 | Grado analitico |
| Alcool etilico | Sigma-Aldrich | CAS#: 64-17-5 | Grado analitico |
| PFOTES | Sigma-Aldrich | CAS#: 51851-37-7 | 98% |
Riferimenti
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