自清洁玻璃来一块?

撰稿: 发布时间:2019-12-25

  还有一个多月就要迎来农历新年了,很多小伙伴已经开始提前忙碌起来。置办年货、大扫除......相信很多人最近都在和家里的玻璃“对抗”。由于大多数玻璃表面光滑,周围环境中的油性物质易结合灰尘粘附在其表面,所以玻璃表面很容易存在污渍,且单纯的水流通常无法清除干净。

  如果有块能“自清洁”的玻璃就简直太棒了!

  自清洁,是指可以通过不同的方式自发的清除其表面附着的杂质和细菌。理论上,绝大多数天然自清洁表面都具有超亲水或超疏水性,通过水和物体表面的相互作用实现自清洁功能。而另一种自清洁的新方法,就是光催化自清洁。下面就跟随小编来了解一下这三种自清洁表面的科学原理吧。

  有的小伙伴就问了,为啥超亲水和超疏水都能达到“自清洁”的目的?

  原因是这样的:水在超亲水表面上会自发铺展成面积很大而厚度很薄的水膜,阻碍了油脂和灰尘微粒等污染物与表面的直接接触 ;而完全铺展的水膜又会很快蒸发 ,带走其表面附着的杂质,实现自清洁功能,就像自然界中的蜗牛壳一样。

  相反的,水在超疏水会自发形成聚拢的水滴,当水滴在倾斜表面上滚动时,会自发带走表面附着的一些灰尘颗粒,实现自清洁功能,就像荷叶一样~

  接下来,我们就来聊聊最有“科技含量”的光催化自清洁吧!目前这一方法主要是通过二氧化钛TiO2的光催化特性实现自清洁滴。

  TiO2是何物?TiO2可是一种很神奇的材料。一方面,在没有光照的情况下,其表面具有疏水性,但在紫外光的照射下,会转变为超亲水性;神奇吧!这样还不够,它还能够通过化学反应,分解表面附着的水和其他有机污染物。如何实现这一催化过程呢?有两种途径:分别是能源光催化和环境光催化~

  在紫外光的照射下,TiO2中全充满且能量最高能带上的电子,会吸收足够的能量从而摆脱约束成为自由电子(e-),并跳到下一个“可容身”的能带上,在原来的位置留下一个空位,称为空穴(h+)

  接着,这个摆脱束缚的电子和“空虚”的空穴会向TiO2表面迁移,这时就会有两种情况:

  【NO.1】当电子和空穴到达TiO2表面会在还原助催化剂和氧化助催化剂上与水发生还原和氧化反应,分解水产生氢气和氧气。这就是能源光催化原理~

  【NO.2】另一种情况是,到达表面的空穴与溶液中的氢氧根(OH-)反应,生成羟基自由基(·OH);同时,到达表面的电子会与O2反应生成O2·-,O2·-再经过一系列反应生成羟基自由基。由于羟基自由基具有极强的氧化能力,可与溶液中的污染物发生反应并使其氧化降解。这则是环境光催化原理啦~

  生活中,光催化“自清洁”这种技术已经得到了一定程度的应用,例如日本某些公共场所的吸烟室,通过光催化效应清除空气中残留的有机废气,效果显著。位于罗马的Jubilee教堂也利用了这种技术,使教堂的雪白外墙历久如新。

  未来这些自清洁的技术,是否真的能够走进我们的家庭,实现自清洁的同时,改善环境,让我们共同期待!

(文章来源:中国科学院大连化学物理研究所)