Ten manuskrypt proponuje metodę miękkiej chemii do syntezy superhydrofobowych, powlekanych TiO 2 pustych szklanych mikrosfer (HGM) o wysokich właściwościach odbijających promieniowanie podczerwone.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Puste szklane mikrosfery z powłoką TiO2 o właściwościach superhydrofobowych i wysokich właściwościach odbijających promieniowanie podczerwone, zsyntetyzowane metodą miękkiej chemii
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Ten manuskrypt proponuje metodę miękkiej chemii do opracowania superhydrofobowych i wysoce odbijających promieniowanie podczerwone mikrosfer z pustego szkła (HGM). Anataz TiO2 i środek superhydrofobowy zostały pokryte na powierzchni HGM w jednym kroku. TBT i PFOTES zostały wybrane odpowiednio jako źródło Ti i środek superhydrofobowy. Oba zostały pokryte HGM, a po procesie hydrotermalnym TBT zamienił się w anataz TiO2. W ten sposób uzyskano HGM z powłokąPFOTES/TiO 2 (MCHGM). Dla porównania, zsyntetyzowano również PFOTES z pojedynczą powłoką HGM (F-SCHGM) i TiO2 z pojedynczą powłoką (Ti-SCHGM). Powłoki PFOTES i TiO2 na powierzchni HGM zademonstrowano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i charakterystyki detektora dyspersji energii (EDS). MCHGM wykazywał wyższy kąt działania (153°), ale niższy kąt zjeżdżania (16°) niż F-SCHGM, z kątem działania 141,2° i kątem ślizgu 67°. Ponadto zarówno Ti-SCHGM, jak i MCHGM wykazywały podobne wartości odbicia w podczerwieni, które były o około 5,8% wyższe niż oryginalne HGM i F-SCHGM. Również powłoka PFOTES prawie nie zmieniła przewodności cieplnej. Dlatego F-SCHGM, o przewodności cieplnej 0,0479 W/(m·K), był bardzo podobny do oryginalnego HGM, który wynosił 0,0475 W/(m·K). MCHGM i Ti-SCHGM były również podobne. Ich wartości przewodzenia ciepła wynosiły odpowiednio 0,0543 W/(m·K) i 0,0543 W/(m·K). Powłoka TiO2 nieznacznie zwiększyła przewodność cieplną, ale wraz ze wzrostem współczynnika odbicia poprawiła się ogólna izolacyjność cieplna. Wreszcie, ponieważ właściwość odbijania promieni IR jest zapewniona przez powłokę HGM, jeśli powłoka jest zanieczyszczona, współczynnik odbicia maleje. Dzięki powłoce superhydrofobowej powierzchnia jest chroniona przed zanieczyszczeniem, a także wydłuża się jej żywotność.
Wprowadzenie
Puste szklane mikrokulki (HGM) to materiały nieorganiczne o rozmiarach od 10 do 100 μm. Wykazują wiele przydatnych cech, takich jak doskonała dyspersja, wysoka zdolność płynięcia, niska gęstość i doskonałe właściwości izolacji termicznej1,2,3,4. Ze względu na swoją pustą strukturę, HGM mają wyjątkowo niską przewodność cieplną10,11. Z tych powodów są one stosowane w wielu dziedzinach, w tym w inżynierii lotniczej i kosmicznej5, eksploracji głębin
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Wstępna obróbka HGM
- Umieść HGM w 500-mililitrowej zlewce z 200 ml absolutnego alkoholu; niska gęstość nierozbitego HGM powoduje jego zawieszenie w alkoholu, ale ponieważ gęstość rozdrobnionego HGM jest większa niż alkoholu, wytrąca się on w roztworze. Po 30 minutach zebrać zawieszony HGM za pomocą czystej łyżki i wysuszyć w temperaturze 80 °C w suszarce do dalszej aplikacji.
2. Synteza MCHGM
- Umieść 5 g nienaruszonego HGM, 47,5 ml etanolu i 2,5 ml wody DI w kolbie z trzema szyjkami. Mieszać za pomocą silnika mieszającego przy 400 obr/min przez 20 minut (mieszanie wstępne).
- W zlewce o pojemności 200....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Testy opisane w kroku 4.4 ujawniają wiele cech i właściwości próbek. Dyfrakcja rentgenowska XRD (Rysunek 2) odzwierciedla powstanie TiO2 w formie anatazu. Skaningowa mikroskopia elektronowa SEM (Rysunek 3) oraz spektroskopia energosierpnych promieni rentgenowskich EDS (Rysunek 4) obrazują TiO2 i PFOTES naniesione na powierzchnię HGM. Pomiary kąta zwilżania (Rysunek 5) i kąta ześlizgu (Rysunek.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
W tym manuskrypcie krytycznym krokiem w protokole jest proces hydrotermalny. Wpływa na powstawanie TiO2, końcowy współczynnik odbicia i superhydrofobowość. Nie bez znaczenia jest również kontrola temperatury i czas reakcji. Jeśli zmienią się warunki reakcji, produkty końcowe mogą być wadliwe.
Ta metoda zapewnia prosty sposób syntezy superhydrofobowego i wysoce odbijającego promieniowanie IR HGM w jednym kroku. W poprzednich badaniach właściwości superhydrofobowe i refleksyjność uzys.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Praca opisana w tym artykule została wsparta grantem z Funduszu Innowacji CII-HK/PolyU. Dalszego wsparcia udzielił Shenzhen Peacock Plan (KQTD2015071616442225) oraz chiński rządowy program "Thousand Talent" (Y62HB31601). Doceniana jest również pomoc ze strony Wydziału Biologii Stosowanej i Technologii Chemicznej Politechniki w Hongkongu oraz Instytutu Badawczego Zrównoważonego Rozwoju Miejskiego Uniwersytetu Politechnicznego w Hongkongu (RISUD).
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Techniczny Instytut Fizyki i Chemii HGM, Chińska Akademia Nauk | NIE | NIE | |
| TBT | Sigma-Aldrich | CAS #: 5593-70-4 | |
| Alkohol etylowy | Sigma-Aldrich | CAS #: 64-17-5 | Klasa analityczna |
| PFOTES | Sigma-Aldrich | CAS #: 51851-37-7 | 98% |
Bibliografia
- 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).
- 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).
- Li, B., Yuan, J., An, Z., Zhang, J.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
