具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法。首先用溶胶凝胶法配制ZnO复合种子层溶胶；然后采用浸渍提拉法在ITO玻璃上镀ZnO复合种子层薄膜，在马弗炉中以一定温度进行热处理；接着将上述制备好的ZnO复合种子层薄膜基片放入ZnO生长溶液中水热反应处理，制备ZnO纳米涂层，得到具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料。本发明所获得的具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃，经紫外可见光分光光度计测试后，对可见光的透过率以及对紫外光吸收、屏蔽效率均能达到65％以上；经接触角测试仪(DSA series)测试后，对水的接触角达到131°以上。本发明提供的方法没有次生危害产生，有利于环境保护。
【专利说明】
具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于疏水涂层材料制备领域，具体为一种具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法。
【背景技术】
[0002]接触角指的是固体表面与液体表面接触的边缘所作的一条切线与固体平面之间形成的夹角。我们可以通过利用接触角值的大小来进行判断固体表面润湿性能的好与不好。日常生活中，我们提到的疏水表面指的是基底对水的接触角大于90°时的表面。近年来，疏水玻璃表面的研究发展较快，当水滴与玻璃表面之间的水的接触角大于90°时，我们称这种玻璃的表面为疏水玻璃表面。当在基底表面滴上液滴的时候，由于固体表面的润湿性的不同，液滴会出现不同的形状。材料的表面润湿性能取决于材料的表面化学组成和表面形貌结构，因此控制材料的表面化学组成和表面形貌结构能有效的控制材料表面的润湿性能，当材料表面具有很低的表面自由能，材料即可表现出疏水性。
[0003]玻璃幕墙作为一种新颖的建筑墙体装饰办法，已成为现代高层和超高层建筑时代的显著特征。然而，普通玻璃不耐污染，随着环境污染的日益加剧，人们对环境恶化所带来危害的认识以及对环境保护的要求在逐渐提高;人们对使用具有环保作用且利用自然条件达到自动清洁作用，又能起到美化环境作用的绿色建材的要求越来越迫切。具有疏水性能的玻璃的出现，满足了人们这一美好愿望，使人们离目标的实现也越来越近。普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，可以得到表面具有独特物理性能的疏水玻璃，使水滴在其表面具有一定的疏水性，经过进一步的处理之后就可以制备出不再需要通过传统的人工擦洗而是在自然雨水的冲刷作用下就能达到清洁效果的涂层玻璃。因此，研究制备疏水玻璃具有非常好的发展前景。
[0004]作为第三代半导体材料，ZnO受到了的广泛关注。ZnO的制备方法较多，具有宽禁带、介电常数小、电子传输能力快的特点。纳米ZnO是一种面向21世纪的新型无机产品，具有许多特殊的性质，比表面积大、电子传输能力快、禁带宽度大，具有较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98% ;ZnO纳米棒的纳米粗糙结构，使它表面具有疏水性机理。
【发明内容】
[0005]本发明将ZnO作为一种涂层材料在ITO玻璃上镀膜，同普通玻璃相比，基于ZnO的纳米涂层玻璃的疏水性能更好。
[0006]本发明的目的在于提出一种具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法。
[0007]本发明提供的一种具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法如下:首先用溶胶凝胶法配制ZnO复合种子层溶胶;然后采用浸渍提拉法在ITO玻璃上镀ZnO复合种子层薄膜，在马弗炉中以一定温度进行热处理;接着将上述制备好的ZnO复合种子层薄膜基片放入ZnO生长溶液中水热反应处理，制备ZnO纳米涂层，得到具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料。
[0008]本发明进一步给出在上述方法基础上的具体工艺参数:
[0009]1、配制ZnO复合种子层溶胶的工艺参数:采用溶胶凝胶法，以醋酸锌为前驱体，单乙醇胺为络合剂，乙二醇甲醚为溶剂，阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO复合种子层溶胶。
[0010]2、制备ZnO复合种子层的工艺参数:将ITO玻璃基片垂直浸入配好的ZnO复合溶胶中20s，使溶胶与ITO玻璃基片表面充分接触，然后以6cm/min的速度垂直地提拉ITO玻璃基片，将湿膜放入恒温箱中进行100°C烘干处理15?20min，重复上述操作，将薄膜放到马弗炉中在400°C下热处理3?4h，得到ZnO复合种子层薄膜。
[0011]3、制备ZnO纳米涂层的工艺参数:以硝酸锌和六次甲基四胺按1:1配置0.02mol/L?0.05mol/L的生长溶液200mL，加入0.2g阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀至完全溶解。将制备好的有ZnO复合种子层薄膜的ITO玻璃基片，导电面向下，放入ZnO生长溶液中，在900C下水浴反应3?4h，制备ZnO纳米涂层，得到具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料。
[0012]本发明还给出了优选的方案，具体如下:
[0013]首先，用溶胶凝胶法配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO种子层溶胶10mL，并加入0.2g阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，得到复合种子层溶胶;然后采用浸渍提拉法拉膜，在ITO玻璃上制备ZnO复合种子层薄膜，在马弗炉中400 °C进行热处理3?4h;接着将上述制备好的ZnO复合种子层薄膜在配置好的0.02mol/L?0.05mol/L的掺杂0.2g阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的ZnO生长溶液中在90°C温度下水浴反应3?4h，制备ZnO纳米涂层，得到有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料。
[0014]本发明的作用机理是:ZnO纳米棒的比表面积较大，遮蔽紫外线的性能良好;ZnO纳米棒的纳米粗糙结构的基础上，通过加入阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠不仅可以进一步改变ZnO的纳米粗糙结构而且可以改变ZnO的表面化学组成即表面自由能，使ZnO纳米涂层表面具有疏水性的机理。
[0015]ZnO纳米涂层材料具有两个优点:一是具有较好的光化学效应和遮蔽紫外线性能；二是ZnO纳米涂层具有纳米粗糙结构和低表面自由能，这就使ZnO成为了较为理想的紫外线吸收与屏蔽材料和疏水无机薄膜材料。
[0016]本发明所获得的有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料，由于加入了十二烷基苯磺酸钠，经紫外可见光分光光度计测试后，对可见光的透过率以及对紫外光吸收、屏蔽效率均能达到65 %以上;经接触角测试仪(DSA ser i es)测试后，对水的接触角达到131°以上。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]1、本发明的方法易于操作，且结果的重复性好，性质稳定，能够满足疏水玻璃的市场发展前景。
[0019]2、原材料易购且成本低，在实现稳定功能的同时具有良好的性能。
[0020]3、本发明方法产品不产生次生危害，有利于环境保护。
【附图说明】
[0021 ]图1为实施例所得的有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料经扫描电镜观测到的图像。
[0022]图2为实施例所得的有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料经紫外可见光分光光度计吸收率额测试结果。
[0023]图3为实施例所得的有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料经紫外可见光分光光度计透射率的我测试结果。
[0024]图4为实施例所得的有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料经接触角测试仪(DSAseries)测试结果。
【具体实施方式】
[0025]下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0026]实施例
[0027]首先，用溶胶凝胶法配制0.3mol/L的ZnO种子层溶胶lOOmL，并加入0.2g阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，50°C条件下恒温搅拌2h，得到复合种子层溶胶;然后采用浸渍提拉法拉膜，在ITO玻璃上制备ZnO复合种子层薄膜，在马弗炉中400 °C进行热处理4h;接着将上述制备好的ZnO复合种子层薄膜在配置好的0.05mol/L的掺杂0.2g阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的ZnO生长溶液中在90°C恒温条件下水浴反应4h，制备ZnO纳米涂层，得到有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料，图1为有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料经扫描电镜观测到的图像。
[0028]本发明所获得的有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃，经紫外可见光分光光度计测试后，对可见光的透过率以及对紫外光吸收、屏蔽效率均能达到65%以上，测试结果如图2、图3所示;经接触角测试仪(DSA series)测试后，对水的接触角达到131°以上，测试结果如图4所示。
[0029]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法，其特征在于，该方法步骤如下: (1)用溶胶凝胶法配制ZnO复合种子层溶胶； (2)采用浸渍提拉法在ITO玻璃上镀ZnO复合种子层薄膜，在马弗炉中以一定温度进行热处理，得到ZnO复合种子层薄膜； (3)将上述步骤(2)制备好的ZnO复合种子层薄膜基片放入ZnO生长溶液中水热反应处理，制备ZnO纳米涂层，得到具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料。2.根据权利要求1所述的一种具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中的采用溶胶凝胶法配制ZnO复合种子层溶胶的工艺是以醋酸锌为前驱体，单乙醇胺为络合剂，乙二醇甲醚为溶剂，阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，配制0.lmol/L?0.3mol/L的ZnO复合种子层溶胶。3.根据权利要求1所述的具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的采用浸渍提拉法在ITO玻璃上镀ZnO复合种子层薄膜，在马弗炉中以一定温度进行热处理是将ITO玻璃基片垂直浸入配好的ZnO复合溶胶中20s，使溶胶与ITO玻璃基片表面充分接触，然后以6cm/min的速度垂直地提拉ITO玻璃基片，将湿膜放入恒温箱中进行100°C烘干处理15?20min，重复上述操作，将薄膜放到马弗炉中在400°C下热处理3?4h，得到ZnO复合种子层薄膜。4.根据权利要求1所述的具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的步骤具体为以硝酸锌和六次甲基四胺按1:1配置0.0211101/1?0.0511101/1的生长溶液200mL，加入0.2g阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀至完全溶解；将制备好的有ZnO复合种子层薄膜的ITO玻璃基片，导电面向下，放入ZnO生长溶液中，在90°C下水浴反应3?4h，制备ZnO纳米涂层，得到具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃材料。5.根据权利要求4所述的具有疏水性能的ZnO纳米涂层玻璃的制备方法，其特征在于，使用阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠掺入ZnO种子层溶胶和ZnO生长溶液中改变ZnO纳米涂层的纳米粗糙结构和表面自由能。
【文档编号】C03C17/23GK106007392SQ201610345996
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】刘志锋, 刘军启, 林少华, 耿学敏, 王俊凯
【申请人】天津城建大学