[发明专利]一种具有(NbOx/TiO2)n梯度薄膜的自清洁玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种自清洁玻璃及其制备方法，特别涉及一种具有(NbOx/TiO₂)n梯度薄膜的自清洁玻璃及其制备方法，适用于车辆自清洁玻璃，耐刮擦、硬度高、亲水性好、光降解有机污物性能高，属于玻璃涂层技术领域。

背景技术

玻璃在建筑、汽车等方面广泛地被应用，空气污染等问题使得这些玻璃非常容易变脏而失去其透光度，玻璃的清洁工作也变得困难，尤其对于高层建筑，清洁玻璃还带有很高的危险性，而且长期大量使用清洗剂不仅浪费资源，给环境带来污染，不符合国家倡导的环保、节约方针。一种新型自清洁玻璃针对以上问题被广泛而深入地研究。

目前的自清洁玻璃，主要还是以有效成分为TiO₂的无机颗粒膜材料的超亲水性自清洁玻璃。

国内外研究者和生产企业所研究和生产的自清洁玻璃一般是指在普通玻璃的一面或者两面镀上一层主要成分是TiO₂的功能薄膜的玻璃。自清洁玻璃必须具有两种性能：光催化性和光致超亲水性。前者是指在太阳光的照射下，玻璃表面具有光催化能力，可以分解吸附在玻璃表面的有机污染物分子，使之分解为小分子，甚至是二氧化碳和水分子；后者是指在太阳光照射下，玻璃表面能长时间保持与水的超亲和性，雨水在玻璃表面不会形成水珠而是一层均匀的水膜，这样，玻璃表面的污染物在雨水的冲刷下被一起带走。然而，TiO₂薄膜不能用在车辆的自清洁玻璃上，因为薄膜必须能够承受雨刷的擦洗行为，因此薄膜附着力和硬度是自清洁玻璃适用于车辆玻璃考察的重要因素。

纳米片是具有高纵横比和平整表面的二维微晶。薄片状具有低的浊度，高附着力和高硬度的优势。与纳米颗粒相比，不仅增加了与玻璃基体的结合面积，有效地提高了薄膜的附着力和硬度；TiO₂纳米片虽然具有良好的光催化氧化活性和光致亲水性，有应用于自清洁玻璃薄膜的可能。然而，普通玻璃中丰富的钠离子，在加热过程中因为光催化活动钠离子极易从普通玻璃中扩散出来，为了避免钠离子向TiO₂薄膜中的扩散，势必要在TiO₂纳米片下增加一个致密的碱性阻断层，这就增加了生产过程较复杂性和生产成本。

发明内容

本发明的目的之一在于为了解决普通玻璃中钠离子的扩散出来，造成自清洁玻璃薄膜性能降低，以及由于增加一个钠离子阻断层所带来的经济效益下降等技术问题而提出一种具有(NbOx/TiO₂)_n梯度薄膜的自清洁玻璃，此(NbOx/TiO₂)_n梯度薄膜与玻璃基体的结合力强，亲水性强，且具有较好的光催化性能。

本发明的目的之二在于提供上述的一种具有(NbOx/TiO₂)_n梯度薄膜的自清洁玻璃的制备方法。

本发明的技术原理

铌酸盐层（KNb₃O₈、K₄Nb₆O₁₇、H₄Nb₆O₁₇等）的光催化活性已经被研究于水裂解产生H₂和分解有机物。本发明人发现NaNbO₃在紫外线照射下展现出亲水性和少量的光催化活化性能。使用NbOx纳米片涂层制备车辆用自清洁玻璃，不仅消除了钠离子扩散的影响，薄膜的附着力高，玻璃硬度高，成本低。因此，本发明人以NbOx纳米片作为车辆的自清洁玻璃是恰当的。但是，空气中存在大量有机污染物，自清洁玻璃的光降解有机污物的性能也是必要因素，因此，NbOx和TiO₂纳米片的梯度薄膜成为本发明的特色。采用自组装的形式制备出适用于车辆的自清洁玻璃，复合后的纳米片薄膜即能消除钠离子的扩散对玻璃自清洁性的负面影响，又能保持TiO₂高的光降解污染物的性能。

本发明的技术方案

一种具有(NbOx/TiO₂)_n梯度薄膜的自清洁玻璃，为层状结构，包括基体层和纳米片溶胶层，纳米片熔胶层位于基体层上面；

所述的基体层为普通玻璃；

所述的纳米片溶胶层，即从基体层向上依次为NbOx纳米片溶胶涂层、TiO₂纳米片溶胶涂层交替排列而构成的(NbOx/TiO₂)_n梯度薄膜，其中n为1~10。