納米二氧化鈦光觸媒膜在高效節能燈具上的應用

■ 孫 玥

納米二氧化鈦光觸媒膜在高效節能燈具上的應用

■ 孫 玥

任何燈具的使用環境都會對燈具造成污染，特別是工礦燈具，由于有機油氣的存在，高效節能燈具反射器會很快受到污染，致使燈的光效降低。車間內燈的亮度變暗使工人的工作環境變壞，既容易出廢品又降低生產效率。隨著科技的發展，納米二氧化鈦（TiO2）光觸媒膜的出現，為制造更高光效、更加持久耐用的照明燈具提供了條件，哈爾濱世光光電技術開發有限公司在該領域展開了積極的探索，并初步成功地實現了產業化。

一、光觸媒膜的基本原理和實驗效果

光觸媒膜的材質是納米二氧化鈦（銳鈦型）晶體礦，它是半導體材質，在385nm紫外光照射下，可以將絕大部分有機物降解成水和二氧化碳，前者會蒸發掉，后者會消散在空氣中，這樣大大減少了灰塵對反射器的附著機率，燈具的高光效會大大延長，同時減少了燈具的維護次數，節省維護費用，因此，對用戶來說這種科技含量高的燈具是上乘之選。

下面以實驗事實來說明納米二氧化鈦光觸媒膜降解有機物的情況。我們選取的是有機物羅丹明和甲基橙的水相液體，無論采用水相液體還是油相液體，都必須具有親水性。

兩個玻璃試片，左邊的是潔凈片，右邊的鍍有納米二氧化鈦（銳鈦型）光學薄膜，然后各滴上一滴水相羅丹明液體，之后出現兩種情況，左邊的是規則的圓狀，而右邊的呈散狀（見圖1），這說明納米二氧化鈦膜具有親水性。

在陽光下照射3 5分鐘之后，左邊仍是規則的圓狀，右邊的則形狀擴大，左上部的顏色變淡（見圖2），這說明納米二氧化鈦光觸媒膜在太陽光紫外光的照射下開始降解羅丹明。

再看圖3，在鍍有納米二氧化鈦（銳鈦型）光學薄膜上滴一滴甲基橙水溶液，太陽光照射20分鐘后成圖4樣，可以看到甲基橙基本上完全被降解，留下的少許痕跡是由甲基橙的水質和P H值沒有達到標準所致。

再看一下兩種不同材質的基片試件，玻璃上半部鍍有納米二氧化鈦光觸媒膜，下半部包上白紙（見圖5），在它們上面都噴上一層甲基橙水液溶，然后用2 50 W金鹵燈照射，燈掛高度距試件30—3 5厘米。20分鐘后成圖6樣，玻璃上的甲基橙降解完了，而紙上剩下了明顯的粉紅色甲基橙。

二、在燈具反射器上實驗

這一步實驗成功之后基本上就可以進入實用階段。高效節能燈具反射器是由復合材料經高溫、高壓模塑成型的，反射面是鉆形結構，表面鍍有光學鏡面鋁，在上面噴鍍一層納米二氧化鈦光觸媒膜，反射器的結構如圖7：

現在分別用150 W、2 50 W、400 W金鹵燈照射噴有羅丹明有機物液體的反射器。用150 W金鹵燈照射5個多小時以后，原羅丹明圖8樣被降解成圖9樣：

用2 50 W全鹵燈照射1小時2 1分鐘以后，原羅丹明圖10樣被降解成圖11樣：

用400 W金鹵燈照射10分鐘以后，原羅丹明圖12樣被降解成圖13樣：

通過上面三個實驗，初步得出如下結論：1.納米二氧化鈦（銳鈦型）光學薄膜在一定強度的紫外光照射下，具有較好的光觸媒作用，可以降解燈具反射器上的絕大多數有機物；2.降解的效率和紫外光強度有直接關系。

三、光觸媒膜和基片結合牢固度問題

按照常規是用膠帶紙做貼附后撕裂實驗，光觸媒膜不被撕掉既為結合牢固度合格。實驗情況見圖14、圖15和圖16：

圖16是膠帶紙被撕掉后的情況，可以看到光觸媒膜一點也未被撕掉，結合牢固度合格。

四、納米二氧化鈦光觸媒膜的抗高溫實驗

納米二氧化鈦光觸媒膜抗高溫達1000度以上，現在反射器上的是耐溫較低的膜，它最適用于非封閉式燈具或散熱功能較好的燈具。實驗情況見圖17、圖18和是用400W金鹵燈緊貼在反射器薄膜上（如圖18），燈殼表面溫度為400度，7個小時以后，反射器膜上有兩處呈黃褐色（見圖17），而鍍有納米二氧化鈦光觸媒膜的未發生任何變化（見圖19）。由此可見，納米二氧化鈦光觸媒膜適用于燈具，它除了具良好的光觸媒功能外，抗高溫和耐腐蝕也是其兩大優點，這是其他任何燈具都不可比擬的。現在用的反射器膜系中的保護膜耐溫雖然低點，但它的優點也很多，如耐酸、耐堿、耐鹽的腐蝕，并具有減小灰塵和水附著的作用，所以它更適合在沿海地區應用，目前這兩種膜成了較理想的燈具保護膜體系。

五、小結

目前，哈爾濱世光光電技術開發有限公司已正式將把二氧化鈦光觸媒膜應用于燈具上，早期用的膜系稱為第一代燈具膜系，具有光觸媒功能的膜系稱為第二代燈具膜系。當前，尚待解決間題主要有兩個，一是光觸媒膜的厚度，它關系到有機物的降解效率問題；二是降解效率的直接影響因素是納米粒子的尺寸，但它在哪個尺寸范圍為宜尚不確定。公司也正在該領域積極尋求相關合作，以期在高效節能燈具領域作出自己的貢獻。