二氧化钛薄膜表面的亲水性具体表现为其表面对水的化学吸附与物理吸附，并由表面化学组成和表面微观几何结构所决定。因此制备超亲水二氧化钛薄膜的措施主要有：

（1）在薄膜表面上修饰具有高表面能或光催化性能的物质，通过光照诱导超亲水性。

（2）在亲水薄膜表面构建粗糙结构，提高其物理吸附能力。
1、光诱导超亲水机理
关于二氧化钛薄膜的光诱导超亲水机理的普遍观点是，在紫外光照射下，二氧化钛价带电子被激发到导带，电子和空穴向表面迁移，电子与Ti4+反应，空穴则与表面的氧离子反应，分别形成Ti3+和氧空位。这时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水，化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层，于是在Ti3+缺陷周围形成了高度亲水的微区，而表面剩余区域仍保持疏水性，因此二氧化钛表面形成了均匀分布的纳米尺寸分离的亲水和亲油区。由于水或油性液滴的尺寸远大于亲水或亲油区面积，故宏观上二氧化钛表面表现出亲水和亲油性。停止光照后，由于薄膜表面吸附空气中的有机物或者化学吸附的羟基被空气中的氧取代，又回到疏水状态。见图 1。

图 1 光诱导超亲水机理

2、粗糙结构对薄膜超亲水性的影响
通常情况下固体表面都不是理想的平整表面，而是具有一定的粗糙结构，这种微细粗糙结构能够改变固体表面的润湿性能。Wenzel在大量研究材料表面粗糙度对材料表面润湿性能影响作用的基础上修正了Young氏方程，提出了Wenzel公式，见式（1）。

cosθ*=rcosθ（1）

式中，θ*为表观接触角，θ为Young氏接触角，r定义为表面的粗糙度因子（r>1）。因此亲水薄膜在增加粗糙度后将更加亲水。Cassie进一步发展了Wenzel理论，提出Cassie复合接触理论，认为当粗糙度因子超过一定值，液体在粗糙表面上的接触是一种复合接触，即在液滴与固体之间存在着截留空气或液体，从而使液滴与固体表面的接触面积减小，表观接触角产生变化。Cassie 方程如式（2）。

cosθ*=φ_scosθ+1－φ_s（2）

式中，φ_s为复合接触面中固体的面积分数，该值小于1，在亲水区该值越小表观接触角越小，这个表达式说明了固液组成的先驱膜的形成有利于液滴在亲水表面的铺展。2种模型见图2。总之，由Wenzel和Cassie理论可知，具有粗糙结构的二氧化钛薄膜，其超亲水性能会得到明显加强。

图2 Wenzel模型（a）和Cassie模型（b）