หลักการ Superhydrophilic ของพื้นผิวไททาเนียมไดออกไซด์
โดยปกติแล้วพื้นผิวที่เคลือบ TiO2 จะมีมุมสัมผัสกับน้ำมาก อย่างไรก็ตาม หลังจากการฉายรังสี UV มุมสัมผัสของน้ำจะลดลงเหลือน้อยกว่า 5 องศา หรือกระทั่ง 0 องศา (เช่น หยดน้ำจะกระจายตัวอย่างสมบูรณ์บนพื้นผิว Tio2) มันแสดงให้เห็นถึงความชอบน้ำที่แข็งแกร่งมาก หลังจากไฟดับ. สามารถคงสภาพน้ำเหนือผิวน้ำไว้ได้นานหลายชั่วโมงถึงประมาณ 1 สัปดาห์ จากนั้นจะกลับสู่สถานะที่ไม่ชอบน้ำอย่างช้าๆ ก่อนการฉายรังสี การฉายรังสีซ้ำด้วยแสงยูวี ส้อมสามารถเป็น superhydrophilic และการฉายรังสี UV เป็นระยะสามารถรักษาสถานะ superhydrophilic ของพื้นผิวได้
เป็นที่เชื่อกันในขั้นต้นว่าความเป็นน้ำยิ่งยวดของพื้นผิว TiO2 เริ่มต้นจากปฏิกิริยาการสลายตัวด้วยแสงของโมเลกุลอินทรีย์ที่ดูดซับบนพื้นผิว: น้ำที่ถูกดูดซับด้วยสารเคมีบนพื้นผิวของ TlO2 นั้นชอบน้ำ และการดูดซับสารอินทรีย์ในอากาศทำให้พื้นผิวไม่ชอบน้ำ ภายใต้การฉายแสงยูวี พื้นผิวสร้างกลุ่มไฮดรอกซิลออกซิไดซ์ที่แรง และสารอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำจะถูกออกซิไดซ์และย่อยสลายโดยกลุ่มไฮดรอกซิลที่แอคทีฟผ่านปฏิกิริยาการสลายตัวด้วยแสง ดังนั้นพื้นผิวจึงกลายเป็นน้ำ เมื่อแสงหยุดลง สารอินทรีย์จะถูกดูดซับอย่างช้าๆ บนพื้นผิว TiO2 และกลับสู่สถานะที่ไม่ชอบน้ำ
อย่างไรก็ตาม การศึกษาเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าภาวะขาดน้ำยิ่งยวดของพื้นผิว TiO2 แตกต่างจากคุณสมบัติการสลายตัวออกซิเดชันด้วยโฟโตคะตาไลติกของ TiO2 แต่เป็นอีกปฏิกิริยาหนึ่งที่เกิดจากแสงบนพื้นผิว TiO2 เอง เหตุผลมีดังนี้: ① ระดับของความเป็นน้ำยิ่งยวดของพื้นผิว TiO2 ไม่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพการย่อยสลายด้วยแสงของสารอินทรีย์ ในผลึกเดี่ยวหรือผลึกโพลีคริสตัล TiO2 บางชนิดที่ไม่มีกิจกรรมโฟโตคะทาไลติกหรือกิจกรรมโฟโตคะทาไลติกต่ำมากจะสังเกตพบคุณสมบัติยิ่งยวด ② การเติมไอออนโลหะบางชนิด (เช่น ทองแดง) สามารถปรับปรุงปฏิกิริยาออกซิเดชั่นโฟโตคะทาไลติกของ TiO2 อย่างไรก็ตาม มันลดคุณสมบัติยิ่งยวดของพื้นผิว TiO2; (3) ไม่เหมือนกับพื้นผิว TiO2 ที่มีรูพรุนและพื้นที่ปฏิกิริยาที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชั่นโฟโตคะตาไลติก พื้นผิวที่เรียบและหนาแน่นเอื้อต่อคุณสมบัติความเป็นน้ำยิ่งยวด ④ พื้นผิวของ TiO2 ยังมีค่าสัมพรรคภาพที่ดีกับน้ำมันหลังจากการฉายรังสี UV และภายใต้สภาวะปกติ นักการตลาดที่มีน้ำมัน เช่น ethylene glycol hexadecane และ glyceryl trioleate จะมีมุมสัมผัสขนาดใหญ่กับพื้นผิว TiO2 แต่หลังจากการฉายรังสี UV แล้ว ของเหลวเหล่านี้ก็จะซึมเข้าสู่ผิวเคลือบแก้วได้อย่างสมบูรณ์เช่นกัน นั่นคือ หลังจากการฉายรังสี UV พื้นผิว TiO2 จะมีความสัมพันธ์แบบคู่ระหว่างน้ำและน้ำมัน
การศึกษาในปัจจุบันสรุปได้ว่า ความเป็นน้ำยิ่งยวดของพื้นผิว TiO2 ภายใต้สภาพแสงถูกทำให้แข็งตัวโดยการเปลี่ยนแปลงของผิวกลวง: อิเล็กตรอนในแถบเวเลนต์ของ TiO2 จะถูกกระตุ้นไปยังแถบการนำไฟฟ้าภายใต้สภาวะการฉายรังสียูวี อิเล็กตรอนและโฮลย้ายไปยังพื้นผิว TiO2 และสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮลบนพื้นผิว อิเล็กตรอนจะทำปฏิกิริยากับ Ti4 บวก รูทำปฏิกิริยากับไอออนออกซิเจนของสะพานพื้นผิวเพื่อสร้างไอออนไททาเนียมไตรวาเลนต์บวกและออกซิเจนที่ว่างตามลำดับ ณ ขณะนี้. น้ำในอากาศจะแยกตัวออกและดูดซับในตำแหน่งที่ว่างของออกซิเจน มันกลายเป็นน้ำที่ถูกดูดซับด้วยเคมี (พื้นผิวไฮดรอกซิลโทรสาร) น้ำที่ถูกดูดซับด้วยสารเคมีสามารถดูดซับน้ำในอากาศต่อไปและกลายเป็นชั้นดูดซับทางกายภาพ นั่นคือ โซนสัญลักษณ์ที่ชอบน้ำสูงจะเกิดขึ้นรอบๆ ข้อบกพร่อง Ti3 plus พื้นที่ส่วนที่เหลือของพื้นผิวยังคงไม่ชอบน้ำ ดังนั้นพื้นผิว TiO2 จึงประกอบด้วยโซนสัญลักษณ์ที่ชอบน้ำและโอลีโอฟิลิกขนาดนาโนที่แยกจากกันอย่างสม่ำเสมอ คล้ายกับปรากฏการณ์เส้นเลือดฝอยสองมิติ เนื่องจากขนาดของหยดน้ำหรือหยดน้ำมันมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ของโซนที่ชอบน้ำหรือชอบน้ำมันมาก พื้นผิว TiO2 ในระดับมหภาคจึงแสดงคุณสมบัติที่ชอบน้ำและชอบน้ำมัน หยดน้ำหรือน้ำมันถูกดูดซับโดยโซนไฮโดรฟิลิกไมโครโซนหรือโซนสัญลักษณ์ไลโปฟิลิกตามลำดับ ดังนั้นพื้นผิวจึงแทรกซึมเข้าไป หลังจากหยุดการฉายรังสี UV กลุ่มไฮดรอกซิลที่ถูกดูดซับด้วยสารเคมีจะถูกแทนที่ด้วยออกซิเจนในอากาศและกลับสู่สถานะที่ไม่ชอบน้ำอีกครั้ง
