TiO2-SiO2_多功能薄膜的制备及其性能研究

第52卷 第11期

2023年11月

表面技术

SURFACE TECHNOLOGY

·347·

TiO

2

-SiO

2

多功能薄膜的制备及其性能研究

向军淮，徐志东，王军

（江西科技师范大学 江西省材料表面工程重点实验室，南昌 330013）

摘要：目的 改善普通玻璃的防雾性能。方法 采用溶胶−凝胶法在玻璃表面制备均匀透明的xTiO

2

-(1−x)SiO

2

（x为1.00、0.75、0.50、0.25、0）复合薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子

力显微镜（AFM）表征TiO

2

-SiO

2

复合材料的微观结构和表面形貌，通过紫外可见近红外分光光度计、接触

角测试仪测试TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的光学性质和润湿性，通过热水浴实验评价镀膜前后玻璃的防雾性能。

结果 XRD测试结果表明，TiO

2

-SiO

2

复合材料由锐钛矿相TiO

2

和非晶相SiO

2

构成，其相结构随着TiO

2

含

量的变化而变化。SEM和AFM结果表明，在TiO

2

-SiO

2

复合薄膜中，当SiO

2

的物质的量分数小于50%时，

TiO

2

-SiO

2

复合薄膜表面均匀致密、粗糙度低；当SiO

2

的物质的量分数大于75%时，复合薄膜表面出现了孔

洞和大颗粒，粗糙度增大。光学性质测试结果表明，在TiO

2

-SiO

2

复合薄膜中，当SiO

2

的物质的量分数大于

50%时，镀膜后的玻璃在可见光范围内的平均透过率高于85%。润湿性测试结果表明，镀膜后玻璃表面的亲

水性明显增强，当SiO

2

的物质的量分数小于50%时，TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的接触角低于5°，表现为超亲水。

防雾性能测试结果表明，在玻璃表面制备TiO

2

-SiO

2

复合薄膜后，玻璃具有良好的防雾性能。评价了

在室内放置60 d后，0.50TiO

2

-0.50SiO

2

复合薄膜的平均透过率在84%

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

复合薄膜的耐久性，

以上，且具有防雾性能，表明其耐久性较好。结论 在玻璃表面制备的0.50TiO

2

-0.50SiO

2

复合薄膜在可见光

范围内具有高透明度和良好的防雾性能，且该薄膜的耐久性较好。

关键词：溶胶−凝胶法；TiO

2

-SiO

2

；薄膜；防雾性能；耐久性

中图分类号：TQ133 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0347-08

DOI：10.16490/.1001-3660.2023.11.029

*

Preparation and Properties of TiO

2

-SiO

2

Multifunctional Thin Films

XIANG Jun-huai, XU Zhi-dong, WANG Jun

*

(Jiangxi Key Laboratory of Surface Engineering, Jiangxi Science and

Technology Normal University, Nanchang 330013, China)

ABSTRACT: To improve the antifogging property of normal glasses, uniform and transparent xTiO

2

-(1−x)SiO

2

(x=1.00, 0.75,

0.50, 0.25, 0) composite thin films were prepared on glass substrates by sol-gel dip-coating method and subsequent calcination

at 500 ℃ for one hour. The microstructure of TiO

2

-SiO

2

was characterized by X-ray diffraction (XRD). The surface morphology

and roughness of the films were tested with a field emission scanning electron microscope (SEM) and an atom force microscope

收稿日期：2022-10-08；修订日期：2023-02-24

Received：2022-10-08；Revised：2023-02-24

基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ2201323）；江西科技师范大学博士启动基金（2018BSQD019）

Fund：Science and Technology Research Project of Jiangxi Provincial Department of Education (GJJ2201323); Ph. D. Start Fund Project of

Jiangxi Science and Technology Normal University (2018BSQD019)

引文格式：向军淮, 徐志东, 王军. TiO

2

-SiO

2

多功能薄膜的制备及其性能研究[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 347-354.

XIANG Jun-huai, XU Zhi-dong, WANG Jun. Preparation and Properties of TiO

2

-SiO

2

Multifunctional Thin Films[J]. Surface Technology, 2023,

52(11): 347-354.

*通信作者（Corresponding author）

·348· 表 面 技 术 2023年11月

(AFM). The optical property and wettability of TiO

2

-SiO

2

thin films were measured with a ultraviolet-visible spectrophometer

and a contact angle tester, respectively. The antifogging properties of glass with and without TiO

2

-SiO

2

thin films were evaluated by

hot water bath experiment. The XRD results showed that the crystalline phase of TiO

2

-SiO

2

was composed by anatase TiO

2

and

amorphous SiO

2

. The phase structure of TiO

2

-SiO

2

changed with SiO

2

content. With the SiO

2

content increased, the diffraction

peak of TiO

2

-SiO

2

became wider and weaker, which indicated that the degree of crystallization was weakened. There was only

one broad diffraction peak around 25° while the SiO

2

content was higher than 75%. This showed that 0.25TiO

2

-0.75SiO

2

and

SiO

2

was amorphous phase. SEM and AFM results indicated that the surface of TiO

2

-SiO

2

thin films with SiO

2

less than 50%

was uniform and dense, while the roughness of the films was small. When the content of SiO

2

was higher than 75%, some large

particles appeared on the surface of the composite films, which increased the surface roughness. The optical properties of

TiO

2

-SiO

2

thin films were also affected by the SiO

2

content. When the content of SiO

2

was higher than 50%, the average

transmittance of TiO

2

-SiO

2

films was higher than 85% in the visible wavelength range. The average transmittance of SiO

2

film

was up to 91.36% in visible wavelength range, which was higher than that of uncoated glass. The average transmittance of

TiO

2

-SiO

2

film was increased with the increase of SiO

2

content, which might be due to the low refractive index of SiO

2

. The

surface wettability of the films was related to the microstructure, chemical composition, surface roughness and surface hydroxyl

content. All the deposited films were hydrophilic in the experiment. When the SiO

2

content was less than 50%, the water contact

angles of TiO

2

-SiO

2

film were smaller than 5°. And the films were characterized as superhydrophilic. Based on the hot water bath

experiment, 0.75TiO

2

-0.25SiO

2

, 0.50TiO

2

-0.50SiO

2

and 0.25TiO

2

-0.75SiO

2

thin films showed excellent antifogging property.

The good antifogging property might benefit from the superhydrophilic of the film, which could make the small water drops spread

and form water films. Among them, 0.50TiO

2

-0.50SiO

2

contained anatase phase TiO

2

and amorphous SiO

2

, which had good

photocatalytic activity. It also had high transparent in visible wavelength range and excellent antifogging property. Therefore, the

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

thin film could act as a multifunctional film for glass surface modification. The durability of the 0.50TiO

2

-

0.50SiO

2

film was evaluated by exposing the film in ambient environment for 60 days. The results showed that the average

transmittance of the 0.50TiO

2

-0.50SiO

2

composite film remained above 84%. It also had good antifogging property. These results

show that the 0.50TiO

2

-0.50SiO

2

composite thin film prepared on glass surface has high transparency, good antifogging property

and durability, which has many potential application prospects, including solar cell, eyeglasses, display devices and other filed.

KEY WORDS: sol-gel; TiO

2

-SiO

2

; thin film; antifogging property; durability

当环境温度和湿度发生变化时，玻璃制品表面会

起雾，从而影响正常的生活和工作。例如，镜片表面

起雾会影响视野，内窥镜表面起雾会影响手术的顺利

进行，汽车挡风玻璃起雾会带来驾驶风险，太阳能电

池玻璃盖板起雾会降低工作效率

[1-4]

。通过改变固体表

面化学成分和粗糙度，调控水滴与固体表面的相互作

用，实现超亲水，避免光线散射，从而达到防雾效果

[5-8]

。

SiO

2

和TiO

2

是典型的可见光区高透明、低吸收

光学薄膜材料。不仅如此，SiO

2

表面富含羟基，是常

见的超亲水防雾材料。TiO

2

是一种光催化材料，通过

溶胶–凝胶法制备的多晶TiO

2

薄膜具有紫外光诱导超

亲水性，常用于自清洁防雾材料

[9-12]

。综合利用SiO

2

和TiO

2

的性质，在玻璃表面制备TiO

2

-SiO

2

多功能薄

膜，引起了研究者的广泛关注。基于不同的衬底和原

料，研究者通过调控制备方法、工艺参数获得了结构

和形态各异的多功能TiO

2

-SiO

2

复合薄膜，其中很多薄膜

具有超亲水、高透明、防雾、自清洁等多种性能

[13-19]

。

采用不同方法制备的TiO

2

-SiO

2

复合薄膜在结构

和性能上存在较大差异。相较而言，采用溶胶–凝胶

法具有设备简单、成分易控、可大面积制备均匀薄膜

等优点。薄膜的耐久性在使用过程中显得非常重要，

文中以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料，采用溶胶–

凝胶法在玻璃衬底上制备xTiO

2

-(1−x)SiO

（

2

x为1.00、

0.75、0.50、0.25、0）复合薄膜，研究成分对复合薄

膜的微观结构、光学性质、润湿性和防雾性能的影响，

并探讨复合薄膜的耐久性。

1 实验

1.1 试样制备

采用溶胶–凝胶法，以钛酸四丁酯（TBOT）为

Ti源，以无水乙醇（C

2

H

5

OH）为溶剂，以浓硝酸

（HNO

3

）为水解催化剂，配制TiO

2

溶胶。实验中，

所有试剂的摩尔含量之比，即n[TBOT]∶n[C

2

H

5

OH]∶

n[HNO

3

]∶n[H

2

O]=1∶20∶1.5∶1。首先，在烧杯中

取一半的C

2

H

5

OH，将TBOT加入C

2

H

5

OH中，并磁

力搅拌0.5 h，得到溶液A。再将浓HNO

3

、H

2

O加入

剩余的C

2

H

5

OH中，得到溶液B。在搅拌过程中，将

溶液B缓慢滴入溶液A中，继续搅拌1 h，得到TiO

2

溶液，并陈化24 h，得到淡黄色透明TiO

2

溶胶。用

第52卷 第11期 向军淮，等：TiO

2

-SiO

2

多功能薄膜的制备及其性能研究 ·349·

类似的方法，以正硅酸四乙酯（TEOS）为原料配置

SiO

2

溶胶。最后将制备好的TiO

2

溶胶与SiO

2

溶胶以

不同的体积比混合，搅拌2 h，然后密封避光陈化2 d，

得到不同Ti/Si含量的TiO

2

-SiO

2

溶胶。分别将不同比

例的复合溶胶记为0.75TiO

2

-0.25SiO

2

、0.50TiO

2

-

0.50SiO

2

、0.25TiO

2

-0.75SiO

2

。

以尺寸为25 mm ×25 mm ×1 mm的玻璃片为制

备薄膜的衬底, 在镀膜前对玻璃表面依次用丙酮、无

水乙醇、去离子水进行超声清洗，将清洗后的玻璃衬

底在真空干燥箱中烘干，待用。

采用浸渍提拉工艺制备TiO

2

-SiO

2

薄膜，浸渍提

拉参数如表1所示。将镀膜后的玻璃衬底在室温下放

置1 min，再放入马弗炉中在150 ℃下干燥30 min，

在300 ℃下热处理30 min，在500 ℃下煅烧60 min，

最后随炉自然冷却至室温，取出后用于后续的表征与

测试。

表1 薄膜制备参数

Tab.1 Preparation parameters of thin films

Withdraw

speed/(μm·S

–1

Dipping Lifting Dipping

) time/s height/mm number

1 000 30 20 1

1.2 表征与测试

1）TiO

2

-SiO

2

的相结构及TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的

表面形貌。采用X射线粉末衍射仪（Japan Shimadzu，

XRD-6100）表征不同组分TiO

2

-SiO

2

的相结构，扫描

范围2θ为10°~80°，扫描速度为2 (°)/min。通过场发

射扫描电子显微镜（Germany Zeiss，Sigma）观察

TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的表面形貌。采用原子力显微镜

（广州市本原纳米仪器有限公司，CSPM5500）表征

复合薄膜的表面粗糙度。

2）TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的光学性质、润湿性和防

雾性能。通过紫外可见分光光度计（上海美谱达仪器

有限公司，UV-6100PC）测试复合薄膜的光学性质，

测试波长为190~1 100 nm。采用接触角测定仪（北京

哈科试验仪器厂，HARKE-SPCA）测试薄膜的水接

触角，水滴体积为3 μL，在样品表面不同区域测试3

次，取平均值，得到样品的表面水接触角。将样品放

置在80 ℃热水上方3.50 cm处停留10 s，观察样品

表面的状态，评价TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的防雾性能。

3）TiO

2

-SiO

2

复合薄膜的耐久性。将样品放置在

实验室中，分别在7、42、60 d时测试样品的透过率、

接触角和防雾性能，分析复合薄膜的耐久性。

2 结果及分析

2.1 成分对TiO

2

-SiO

2

物相的影响

由于制备的复合薄膜太薄，在采用X射线进行

分析检测时，玻璃衬底的噪声会严重影响测试结果

[20]

，

因此采用相同的热处理工艺制备TiO

2

-SiO

2

粉体材

料，并进行XRD测试，研究成分对复合材料相结构

的影响。不同SiO

2

含量的TiO

2

-SiO

2

复合粉末的XRD

图如图1所示，可以看出，在TiO

2

的XRD曲线中最

强的3个衍射峰的2θ分别为25.31°、37.82°、47.01°，

这与锐钛矿型TiO

2

的标准卡片（JCPDS：21-1272）

一致。图1中标明了所有衍射峰对应的晶面指数，

XRD结果表明制备的TiO

2

为锐钛矿型晶体。当复合

材料中SiO

2

的含量增加时，TiO

2

-SiO

2

的衍射峰强度

减弱并宽化，表明晶粒尺寸减小，晶化程度减弱。当

SiO

2

的物质的量分数大于75%时，仅在2θ=23.03°附

近有一个大的“馒头型”峰，这是非晶SiO

2

的漫射

峰

[21]

，表明实验样品中0.25TiO

2

-0.75SiO

2

和SiO

2

主

要表现为非晶相。

图1 不同成分TiO

2

-SiO

2

的XRD图谱

Fig.1 XRD patterns of TiO

2

-SiO

2

with

different composition

TiO

2

-SiO

2

复合材料由锐钛矿TiO

2

和非晶相SiO

2

组成，其相结构与SiO

2

的含量有关。研究发现，在

热处理过程中，由于Ti-O-Si化学键或游离的SiO

2

阻

碍了TiO

2

粒子间的相互接触，抑制了TiO

2

晶粒的熔

融生长。随着SiO

2

含量的增加，TiO

2

晶粒减小

[22]

。

当SiO

2

的物质的量分数大于75%时，TiO

2

-SiO

2

复合材

料由锐钛矿TiO

2

为主转变为非晶相SiO

2

为主。在TiO

2

-

SiO

2

复合材料中，具有光催化性质的锐钛矿相TiO

2

与非晶相SiO

2

的协同作用有助于改善光催化性质。

2.2 成分对TiO

2

-SiO

2

复合薄膜表面形貌的

影响

玻璃衬底和不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的表面SEM

图如图2所示。从图2中可以看出，当TiO

2

-SiO

2

复

合薄膜中SiO

2

的物质的量分数小于50%时，薄膜表

面平整，均匀致密，无裂纹或孔洞。0.25TiO

2

-0.75SiO

2

薄膜表面出现了一些大的团聚颗粒和孔洞，较粗糙。

SiO

2

薄膜表面仅有一些离散的颗粒，无明显晶粒存

在。TiO

2

-SiO

2

薄膜的形貌随着SiO

2

含量而变化，这

可能与SiO

2

含量影响TiO

2

-SiO

2

晶体结构有关。通过

·350· 表 面 技 术 2023年11月

图2 不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的SEM图

Fig.2 SEM images of TiO

2

-SiO

2

thin films with different composition

XRD分析可知，TiO

2

-SiO

2

复合材料由锐钛矿TiO

2

和非晶相SiO

2

组成。当SiO

2

的物质的量分数小于50%

时，以锐钛矿TiO

2

为主。当SiO

2

的物质的量分数大

于75%时，主要表现为非晶相SiO

2

。TiO

2

-SiO

2

复合

材料相结构的变化导致薄膜表面形貌随着SiO

2

含量

发生了变化，进而影响了薄膜的性能。

采用AFM测试玻璃及不同组分TiO

2

-SiO

2

薄膜

样品的表面粗糙度，扫描范围为2.5 μm×2.5 μm，结

果如图3所示。从图3中可以看出，随着SiO

2

含量

的增加，TiO

2

-SiO

2

薄膜的表面粗糙度呈先减小后增

大的趋势。在TiO

2

-SiO

2

薄膜中，当SiO

2

的物质的量

分数小于50%时，TiO

2

-SiO

2

薄膜表面光滑平整。当

SiO

2

的物质的量分数大于75%时，薄膜表面凹凸不

平，存在大的颗粒物，这一结果和SEM结果吻合。

图3 不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的AFM图

Fig.3 AFM images of TiO

2

-SiO

2

thin films with different composition

第52卷 第11期 向军淮，等：TiO

2

-SiO

2

多功能薄膜的制备及其性能研究 ·351·

经XRD和SEM分析可知，SiO

2

抑制了TiO

2

的生长。

当SiO

2

的物质的量分数小于50%时，TiO

2

-SiO

2

薄膜

表面由均匀致密的细小颗粒构成，表面平整，粗糙

度小。当SiO

2

的含量继续增大时，TiO

2

-SiO

2

薄膜由

非晶相SiO

2

占主导，非晶颗粒的聚集使得薄膜表面

粗糙。

2.3 成分对TiO

2

-SiO

2

复合薄膜光学性质和

润湿性的影响

为了研究TiO

2

-SiO

2

薄膜对玻璃衬底光学性质的

影响，采用紫外可见分光光度计测试了薄膜的透过

率，如图4所示。TiO

2

-SiO

2

薄膜在可见光区域（380~

780 nm）的透过率与SiO

2

的含量有关。随着SiO

2

含

量的增大，复合薄膜的透过率逐渐增大。当SiO

2

的

物质的量分数为100%时，薄膜的透过率最大，且高

于未镀膜玻璃。

光学材料的透过率与折射率、表面粗糙度、形貌

等因素有关。在实验中，当SiO

2

的物质的量分数大

于75%时，TiO

2

-SiO

2

薄膜表面结构疏松，粗糙度增

大，疏松表面及一定的粗糙度（小于100 nm）均有

利于光的透过。折射率是影响透过率的另一重要因

素，普通玻璃、TiO

2

和SiO

2

的折射率分别为1.56、

2.52、1.47。SiO

2

的含量越高，复合薄膜的折射率越

小，越有利于光的透过。表2给出了不同TiO

2

-SiO

2

图4 不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的透射谱

Fig.4 Transmittance spectra of TiO

2

-SiO

2

thin

films with different composition

表2 不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜透过率的平均值和最大值

Tab.2 Average and maximum transmittance of TiO

2

-SiO

2

thin films with different composition

Samples

Average transmittance Maximum

(380-780 nm)/% transmittance/%

Glass 90.24 91.61

TiO

2

63.33 71.23

0.75TiO

2

-0.25SiO

2

77.33 87.91

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

85.25 90.35

0.25TiO

2

-0.75SiO

2

89.66 91.17

SiO

2

91.36 92.18

薄膜在可见光区域的平均透过率和最大透过率。当

SiO

2

的物质的量分数大于50%时，TiO

2

-SiO

2

薄膜在

可见光范围内的平均透过率超过85%，最大透过率大

于90%，可用于光学薄膜材料。

润湿性是材料表面的重要性质，常用接触角来衡

量。玻璃及不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的水接触角如图

5所示，未镀膜玻璃的接触角为54.72°，经涂覆薄膜

后，其接触角大幅降低。其中，SiO

2

的物质的量分数

低于50%的TiO

2

-SiO

2

薄膜，其接触角小于5°，为超

亲水状态。材料表面的润湿性不仅由表面化学成分和

粗糙度决定，还与材料的相结构、纳米颗粒之间的相

互作用、表面缺陷、亲水性基团含量等有关

[14]

。采用

溶胶–凝胶法制备的纳米薄膜，其表面羟基含量高，

亲水性较好

[23]

。

图5 不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的水接触角

Fig.5 Contact angle of TiO

2

-SiO

2

thin

films with different composition

2.4 玻璃表面TiO

2

-SiO

2

薄膜的防雾性能

采用热水浴实验评价玻璃表面镀膜后的防雾性

能，如图6所示。从图6中可以看出，经热水浴后，

未镀膜玻璃表面明显起雾，透过率大幅下降。SiO

2

的物质的量分数小于75%的TiO

2

-SiO

2

薄膜样品均具

有一定的防雾性能，这主要是因制备的薄膜具有优异

的亲水性能。亲水性表面具有防雾性能的原因：当水

蒸气在材料表面形成小水滴时，随着小水滴在材料表

面的快速扩展，即水在材料表面的接触角越来越小

（如图7所示

[24]

），越来越多的入射光线穿过材料，

可见光透过率增加。由此可见，材料的表面接触角越

小，其亲水性能越好，可见光透过率越高，防雾性能

越好。在实验中，涂覆SiO

2

薄膜的玻璃样品的防雾

性能较差，这可能是因薄膜仅含SiO

2

时，其表面成

分、基团发生了变化。此外，当玻璃表面无TiO

2

时，

容易被难挥发的油脂类或其他有机污染物附着，堵塞

其微孔，使其失去超亲水性，小水滴无法在玻璃表面

铺展开来，导致玻璃失去防雾性能

[25]

。

·352· 表 面 技 术 2023年11月

图6 不同成分TiO

2

-SiO

2

薄膜的防雾性能

Fig.6 Antifogging properties of TiO

2

-SiO

2

thin films with different composition

图7 材料表面小液滴扩展及光线透过示意图

[24]

Fig.7 Schematic diagram of small droplet expansion and

light transmission on material surface

[24]

由于TiO

2

-SiO

2

复合材料兼具锐钛矿TiO

2

的光催

化性质和SiO

2

的可见光区域透明性，因而可用于玻

璃表面改性。光学性质结果表明，SiO

2

含量越高，

TiO

2

-SiO

2

薄膜在可见光区域的透过率越大。防雾性

实验结果表明，当SiO

2

的物质的量分数小于75%时，

TiO

2

-SiO

2

薄膜的防雾性能较好。此外，前期研究发

SiO

2

现，在锐钛矿相TiO

2

与非晶相SiO

2

协同作用时，

的物质的量分数为50%的TiO

2

-SiO

2

复合材料的光催

化性能较好

[26]

。由此可见，0.50TiO

2

-0.50SiO

2

复合薄

膜有望作为透明、防雾、自清洁的多功能薄膜材料，

用于玻璃制品的表面改性。

玻璃表面0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜分别在0、7、

42、60 d时的光学透射谱如图8所示，对应的可见光

2.5 玻璃表面TiO

2

-SiO

2

薄膜的耐久性

在实际应用过程中，玻璃表面多功能薄膜的耐久

性是一个非常重要的性能指标。实验测试了玻璃表面

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜在室内环境放置60 d，其光学

性质、润湿性和防雾性能的变化情况，评价了0.50TiO

2

-

0.50SiO

2

薄膜的耐久性。

图8 玻璃表面制备0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜放置不同时间的透射谱

Fig.8 Transmittance spectra of 0.50TiO

2

-0.50SiO

2

thin film coated glass after being deposited

at different times

第52卷 第11期 向军淮，等：TiO

2

-SiO

2

多功能薄膜的制备及其性能研究 ·353·

区域平均透过率和最大透过率如表3所示。结果表

明，0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜在放置60 d后，透过率仍

然保持较高水平，在可见光区的平均透过率的下降幅

度为0.56%，最大透过率的下降幅度为1.72%，下降

幅度很小。相较而言，玻璃经镀膜后放置7、42、60 d

的透过率均未显著下降，透过率的下降速率缓慢，表

明薄膜的光学透过率具有良好的耐久性。

表3 玻璃表面制备0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜放置

不同时间后透过率的平均值和最大值

Tab.3 Average and maximum transmittance of

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

thin film coated glass after

being deposited at different times

Time/d

Average transmittance Maximum

(380-780 nm)/% transmittance/%

0 85.25 90.35

7 86.43 90.31

42 85.39 89.62

60 84.69 88.63

未镀膜玻璃和涂覆0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜的玻

璃在空气中暴露0、7、42、60 d后的接触角如图9

所示。在玻璃表面制备薄膜后，其接触角小于5°，暴

露在室内环境中7 d后其接触角增至18.44°，在42 d

后增至29.96°，至60 d后趋于稳定，保持在29°左右。

超亲水表面的自由能高，它暴露于环境中后表面易吸

附粉尘、污染物等杂质，使得其表面能减小、接触角

增大。0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜放置60 d后，其接触角

稳定在29°左右，仍保持着良好的亲水性，这可能与

薄膜中包含具有光催化性质的锐钛矿TiO

2

有关。

制备0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜的玻璃衬底放置

60 d后的防雾性能测试如图10所示，样品在放置60 d

后仍然具有较好的防雾性能，表明在玻璃表面制备

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜后其防雾性能具有较好的耐

久性。

图9 玻璃及其表面制备0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜后放置不同时间的水接触角

Fig.9 Water contact angle of glass and

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

thin film coated glass

after being deposited at different times

图10 玻璃及其表面制备0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜放置60 d后的防雾性能

Fig.10 Antifogging properties of glass and

0.50TiO

after being deposited for 60 days

2

-0.50SiO

2

thin film coated glass

3 结论

1）采用溶胶–凝胶法制备的TiO

2

-SiO

2

复合材料

由锐钛矿TiO

2

和非晶相SiO

2

组成，SiO

2

的加入抑制

了TiO

2

的生长。当复合材料中SiO

2

的物质的量分数

大于75%时，复合材料以非晶相SiO

2

为主。在玻璃

上制备的TiO

2

-SiO

2

复合薄膜表面形貌和粗糙度随着

SiO

2

含量的增加而变化，当SiO

2

的物质的量分数大

于75%时，复合薄膜中出现了明显的大颗粒和孔洞，

其粗糙度增大。

2）SiO

2

的含量越高，TiO

2

-SiO

2

复合薄膜在可见

光区域的透过率越高。当SiO

2

的物质的量分数大于

50%时，TiO

2

-SiO

2

薄膜在可见光范围内的平均透过率

大于85%，最大透过率大于90%。

3）镀膜后玻璃的接触角明显减小，亲水性显著

增强。其中，SiO

2

的物质的量分数低于50%的

TiO

2

-SiO

2

薄膜的接触角小于5°，为超亲水状态。

4）含锐钛矿相TiO

2

的TiO

2

-SiO

2

复合薄膜具有

优异的防雾性能，SiO

2

的物质的量分数小于75%的

TiO

2

-SiO

2

薄膜均具有一定的防雾性能。其中，

0.50TiO

2

-0.50SiO

2

薄膜的防雾性能最佳。

5）在室内放置60 d后，0.50TiO

2

-0.50SiO

2

复合

薄膜在可见光区域内的平均透过率仅下降了0.56%，

复合薄膜仍具有较好的亲水性和防雾性，显示出良好

的耐久性。

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责任编辑：彭颋