新型车辆用自清洁玻璃的制备与抗菌性能研究(3)
1.1.2 自清洁玻璃的分类
自清洁玻璃按材质分类可分为无机膜材料自清洁玻璃和有机膜材料自清洁玻璃，按亲水性分类可分为超亲水性自清洁玻璃和超疏水自清洁玻璃。[2]
超亲水性自清洁玻璃的自清洁功能表现为两方面：一是靠其表面对水的亲和性，使水的液滴在玻璃材料表面上的接触角趋于零。当水接触到玻璃材料时，迅速在其表面铺展，形成均匀的水膜，表现出超亲水的性质，通过均匀水膜的重力下落带走污渍，通过该方式将可以去除部分有机或无机污渍。二是光催化分解有机物的能力，TiO2在紫外光或可见光照射下，当照射光子的能量大于或者等于其能带宽度的时候，介带中的电子被激发，越过价带进入导带，在导带和价带上形成电子-空穴对，电子、空穴具有不同的活性，分别与吸附在TiO2表面的有机物质发生氧化还原反应，生成水和CO2，从而达到降解有机物的目的。(图1.1)[3]
图1.1 普通玻璃(左)与镀有TiO2自清洁涂层玻璃(右)在室外放置50天后表面亲水性照片
超疏水表面的自清洁原理：基于“荷叶效应”，20世纪90年代，德国植物学家波恩大学Barthlott等揭示了荷叶表面的结构，发现荷叶的“自洁性”源于其表面的微纳结构，荷叶表面具有微米级的乳突，乳突上有纳米级的蜡晶物质，这种微-纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角，导致水滴极易滚落。水滴在超疏水表面上的运动是一个复杂的物理现象，在自清洁过程中起到了一个至关重要的作用：水滴在表面滚动时会带走表面的污染物或灰尘，从而达到自清洁的效果(图1. 2)。
图1.2超疏水表面自清洁原理
市场上出现的自清洁玻璃，主要还是以有效成分为TiO2的无机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。
1.1.3 自清洁玻璃的制备技术
目前工业化生产的制备自清洁玻璃的方法主要包括了化学气相沉积法(CVD)、溶胶-凝胶高温烧结法、磁控溅射法和层层自组装法，下面对这四种方法分别进行介绍:[3]
（1）化学气相沉积法(CVD)
化学气相沉积法是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质或气体供给基板，借助气相反应，在基片表面上反应生成薄膜的方法。按反应方式，它分为两种形式:一种是热分解反应沉积，利用化合物受热分解的性质，在基片表面得到TiO2固态膜另一种是化学反应沉积，通过两种或两种以上气体物质在加热的基片表而进行化学反应而沉积成TiO2固态膜。[5]
2002年英国Pilkington公司利用CVD技术沉积制造出了世界第一块应用型自清洁玻璃，并已推广应用。2002年，占巴哈瓦那大学的Zumeta和西班牙巴塞罗那大学Ayllon等合作研究了以微波活化沉积化学法在导电ITO涂层上制备纳米TiO2薄膜。2003年，英国Pilkington公司的Sanderson等人发表文章，论述了他们的研究工作，即采用APCVD方法制备了TiO2自清洁玻璃。国内的专利方面，目前有张敬畅、吴兴惠等申请了使用CVD法制备TiO2自清洁玻璃的专利。