[发明专利]二氧化钛纳米管薄膜、制备方法及附着有该薄膜的玻璃

说明书

本发明公开了二氧化钛纳米管薄膜、制备方法及附着有该薄膜的玻璃。制备方法包括水热法制备钛酸钠纳米管、制备氢钛酸纳米管胶体、制备二氧化钛纳米管薄膜；在制备氢钛酸纳米管胶体时利用硝酸酸洗水热产物并辅助超声处理，促进纳米管在硝酸溶液中分散，使得氢钛酸纳米管表面枝接上大量硝酸根基团，形成稳定的氢钛酸纳米管胶体，将氢钛酸纳米管胶体旋涂在玻璃上，退火处理后获得多孔二氧化钛纳米管薄膜。制备的二氧化钛纳米管薄膜具有超高孔隙率、超细的纳米管直径和高比表面积，涂有二氧化钛纳米管薄膜的玻璃透光率达到95％以上，该二氧化钛纳米管玻璃基薄膜具有优异的减反射、自清洁和防雾功能，是一种新型的多功能薄膜材料。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是一种二氧化钛纳米管薄膜及其制备方法，以及附着有该薄膜的玻璃。

背景技术

TiO₂本身具有自清洁和防雾功能，可应用于织物、涂料、瓷砖、水泥等领域。在光学器件、显示器件和光伏电池等领域，玻璃常常作为衬底，光学透光率十分重要。遗憾的是，由于具有较高的折射率高(～2.5)，致密TiO₂薄膜往往导致强烈的光反射，降低了玻璃的整体透光率。由菲涅尔方程可知，致密的TiO₂膜与空气间界面处的反射率高达18％，远高于玻璃衬底的固有反射率(～4％)，不利于其在上述领域的应用。

为了提高玻璃的整体透光率，人们对减反射薄膜进行了大量研究，并在工程上获得了应用。根据单层减反射薄膜的设计原则，玻璃表面减反射薄膜的理想折射率n_eff和厚度d分别约为1.22和113nm。考虑到兼容性和稳定性问题，多孔SiO₂膜是当前应用于玻璃减反射薄膜的常用材料。为了赋予薄膜自清洁和防雾功能，通常在多孔SiO₂减反射薄膜中引入TiO₂纳米颗粒。

对于SiO₂/TiO₂多孔减反射薄膜，TiO₂体积比越高，光活性热点越多，自清洁和防雾功能就越强。但由于TiO₂的本征折射率较高，TiO₂体积比越大，瑞利散射就越强，对减反射性能越不利。在SiO₂/TiO₂多孔减反射薄膜体系中，同时实现优异的减反射与自清洁性能是极为困难的。

作为一种经典的纳米材料，TiO₂纳米管已被广泛研究。管状结构的形成机制是：水热过程中，钛酸盐纳米片在强碱性条件下发生自卷曲。不需要使用任何模板，就可以得到尺寸均匀、直径超细且长径比高的纳米管产物，并且产率接近100％。显然，这是一种大规模制备空心纳米结构的极其简单和高效的方法。然而，以往的研究主要集中在TiO₂纳米管的形成机理和光催化性能方面，TiO₂纳米管光学薄膜的光学性能研究方面相对较少，主要原因是使用团聚的纳米管很难制备出均匀的TiO₂纳米管薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有减反射、自清洁和防雾功能的二氧化钛纳米管薄膜。

本发明要解决的另一个技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种二氧化钛纳米管薄膜的制备方法。

本发明要解决的又一个技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种附着有二氧化钛纳米管薄膜的玻璃。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种二氧化钛纳米管薄膜，厚度为60-300nm，表面分布有贯穿薄膜的小孔且孔隙率为60-90％，所述小孔的尺径小于50nm；所述二氧化钛纳米管薄膜由多个二氧化钛纳米管随机堆积铺设而成，所述二氧化钛纳米管呈空心管状结构，长度为50-500nm，内直径为3-7nm，外直径为8-15nm，管壁厚为1-5nm，成分为锐钛矿晶型二氧化钛。