Fatores de influência para superhidrofilicidade de superfícies de TiO2
1. Tempo e intensidade de irradiação de luz UV
Em geral, o tamanho da zona hidrofílica na superfície do TiO2 aumenta e o tamanho da zona lipofílica diminui com o aumento do tempo de exposição à luz. O aumento do tamanho da zona hidrofílica é propício para melhorar as propriedades hidrofílicas da superfície, e a diminuição do tamanho da zona lipofílica aumenta a força gravitacional capilar, que é propícia à expansão do óleo na superfície do TiO2. Quando as zonas hidrofílicas e oleofílicas atingem o ponto crítico, ou seja, o fenômeno bifílico da água e do óleo pode ser realizado na mesma superfície, o ângulo de contato da água e do óleo pode atingir 0 graus e o super aparecem características hidrofílicas e superoleofílicas; quando o tempo de exposição à luz continua a aumentar, o tamanho da zona hidrofílica aumentará ainda mais, e a superfície ainda pode permanecer super hidrofílica, mas o ângulo de contato com o óleo aumenta; quando o tempo de exposição à luz ultravioleta é muito longo, o ângulo de contato entre a superfície e a água também aumenta, ou seja, a irradiação ultravioleta de longo prazo não faz com que a superfície se torne mais hidrofílica e lipofílica.
A intensidade UV também afeta as propriedades superhidrofílicas da superfície do TiO2. Se a intensidade UV for inferior a 20mW/c㎡, a irradiação UV de longo tempo não pode tornar a superfície do TiO2 hidrofílica, principalmente devido à baixa energia UV, não pode excitar o salto de elétrons da banda de valência do TiO2, também é difícil formar a falta de superfície de estado de junção.
2, superfície de cristal de TiO2
A pesquisa superhidrófila de superfície de cristal único diferente de TiO2 mostra que a superfície de TiO2 [ll0) e a superfície (100) do que a superfície ({{1{12}}}}O1) é mais suscetível à excitação da luz, de modo que a superfície tem propriedades superhidrófilas. Tal como em 40mW/cm2 de luz, l0mm dentro (1l0) superfície e (001) superfície e o ângulo de contato da água até 0 grau. E a superfície (001) é necessária 40min, o que se deve principalmente ao TiO2, cada superfície de cristal possui uma estrutura de coordenação de titânio diferente. Na face do cristal (110), metade dos íons de titânio está em uma estrutura de cinco ligantes, com tório e titânio conectados entre si por pontes de oxigênio, e a outra metade está em uma estrutura de seis ligantes. No plano cristalino (100), todos os íons de titânio estão em uma estrutura de oxigênio suspensa pentacoordenada, enquanto o plano cristalino {001) está no mesmo arranjo original do interior do cristal TiO2, com o tório livre como um tetra- estrutura coordenada. Comparado com outras estruturas de oxigênio, o oxigênio ponte tem uma posição mais alta na superfície, é energeticamente mais reativo e é mais facilmente liberado pela oxidação para formar vacâncias de oxigênio na superfície. A formação de outros defeitos de oxigênio causará maior distorção da rede e, portanto, requer uma maior energia de reação externa
3. Atmosfera ambiente
Os monocristais de TiO2(110) são colocados em atmosfera de ar e oxigênio, respectivamente. Sob irradiação UV, o ângulo de contato entre a superfície do cristal único e a água no ar é reduzido rapidamente e um alto estado hidrofílico pode ser alcançado em um período de tempo relativamente curto. Na atmosfera de oxigênio, o ângulo de contato diminui lentamente para 35 graus quando a saturação é atingida. Da mesma forma, as superfícies cristalinas de TiO2 que foram hidrofilizadas podem manter um estado hidrofílico no ar por vários dias, enquanto em uma atmosfera de oxigênio elas mudam rapidamente para um estado hidrofóbico. Isso ocorre principalmente porque a presença de oxigênio não é propícia à geração de vacâncias de oxigênio e não formará mais água quimisorvida na superfície, gerada pela superfície, a água quimisorvida também será substituída por oxigênio e restaurará o estado hidrofóbico anterior, que não é propício para a geração e manutenção da hidrofilicidade da superfície.
4, tratamento térmico
A superfície hidrofóbica de TiO2 é tratada termicamente a 150 graus e a superfície torna-se gradualmente hidrofílica, com um ângulo de contato de O grau com a água em torno de 400 graus. Isso significa que o TiO2 exibe boa hidrofilicidade. Ou seja, o desempenho da boa hidrofilicidade da superfície do TiO2 antes e após o tratamento térmico das mudanças na molhabilidade da água pode ser devido à formação do mesmo estado de defeito da superfície com condições de irradiação de luz, ou seja, a formação de uma proporção não química do TiO2 estrutura da superfície, que é propício para a adsorção de água, ou seja, o uso de tratamento térmico também pode estimular ou restaurar a superfície superhidrofílica.
