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Photokatalytische und photohydrophile Potenzial für ... · Kristallines Titandioxid (TiO 2) –...
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Kristallines Titandioxid (TiO 2 ) – ein Material mit herausragendem Potenzial für innovative Produkte • Sehr effektives photohalbleitendes Material • Photokatalyse – Stimulation von Oxidations- und Reduktionsprozessen nach Akti- vierung der Schicht (Bestrahlung mit UV-A- oder Sonnenlicht) – Abbau von organischen und an- organischen Substanzen auf der Oberfläche • Photohydrophilie – Erniedrigung des Kontaktwinkels gegen Wasser auf unter 10° nach Aktivierung der Schicht – Bildung eines geschlossenen Wasserfilms auf der Schicht Anwendungsbeispiele für photokatalytische TiO 2 -Schichten • Reinigungs-Erleichterung (»Easy-to- Clean-Effekt«) durch Unterspülung und Mitnahme von Schmutzpar- tikeln und durch flächig ablaufenden Wasserfilm ohne Tropfen- bzw. Fleckenbildung • »Selbstreinigungs-Effekt« – Abbau von aufliegenden Schmutzteilchen durch Oxidations- und Reduktions- prozesse • »Antimikrobieller Effekt« – Ver- nichtung von aufliegenden Mikro- organismen aufgrund der Zer- setzungsreaktionen (ohne jeglichen Einsatz von chemischen Wirkstoffen wie z. B. Antibiotika) • »Anti-Beschlag-Effekt« und Ver- hinderung von Tropfenbildung – Ein- satz z. B. bei Spiegeln und Brillen • Verringerung des Fließwiderstands bei strömendem Wasser • Reinigung von Gasen und Flüssig- keiten (z. B. Luft und Wasser) durch Zersetzung von Verunreinigungen Fraunhofer-Allianz für Photokatalyse www.photokatalyse.fraunhofer.de c/o Fraunhofer IST Bienroder Weg 54E 38108 Braunschweig Marketing Dr. Simone Kondruweit Tel. 0531/2155-535 Fax 0531/2155-900 E-Mail [email protected] Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP Winterbergstraße 28 D-01277 Dresden http://www.fep.fraunhofer.de Dr. Peter Frach Tel. 0351/25 86-370 Fax 0351/25 86-55-370 E-Mail [email protected] Photokatalytische und photohydrophile Titandioxid-Schichten auf Oberflächen zur Reinigungserleichterung Selbstreinigung Selbstentkeimung Anti-Beschlag-Wirkung Hydrophilierung Gas- und Flüssigkeits- reinigung Allianz Photokatalyse Fraunhofer FhG Klare Sicht durchs Fenster: Nach Aktivierung der Schicht mit UV-Licht bildet sich ein benetzender Film auf der beschichteten Glasscheibe. Tropfenfreier Spiegel. Links: nicht aktiviert (Tropfenbildung), Rechts: aktiviert (Super-Hydrophilie) Gesteuerte Benetzung: Hydrophile und hydrophobe Bereiche auf einer Fliese. Gelblich: kristallines TiO 2 (super-hydrophil), Bläulich: amorphes TiO 2 (Tropfenbildung)
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Kristallines Titandioxid (TiO2) –ein Material mit herausragendemPotenzial für innovative Produkte
• Sehr effektives photohalbleitendesMaterial
• Photokatalyse– Stimulation von Oxidations- und
Reduktionsprozessen nach Akti-vierung der Schicht (Bestrahlungmit UV-A- oder Sonnenlicht)
– Abbau von organischen und an-organischen Substanzen auf derOberfläche
• Photohydrophilie– Erniedrigung des Kontaktwinkels
gegen Wasser auf unter 10° nachAktivierung der Schicht
– Bildung eines geschlossenenWasserfilms auf der Schicht
Anwendungsbeispiele fürphotokatalytische TiO2-Schichten
• Reinigungs-Erleichterung (»Easy-to-Clean-Effekt«) durch Unterspülungund Mitnahme von Schmutzpar-tikeln und durch flächig ablaufendenWasserfilm ohne Tropfen- bzw.Fleckenbildung
• »Selbstreinigungs-Effekt« – Abbauvon aufliegenden Schmutzteilchendurch Oxidations- und Reduktions-prozesse
• »Antimikrobieller Effekt« – Ver-nichtung von aufliegenden Mikro-organismen aufgrund der Zer-setzungsreaktionen (ohne jeglichenEinsatz von chemischen Wirkstoffenwie z. B. Antibiotika)
• »Anti-Beschlag-Effekt« und Ver-hinderung von Tropfenbildung – Ein-satz z. B. bei Spiegeln und Brillen
• Verringerung des Fließwiderstandsbei strömendem Wasser
• Reinigung von Gasen und Flüssig-keiten (z. B. Luft und Wasser) durchZersetzung von Verunreinigungen
Fraunhofer-Allianz für Photokatalyse
www.photokatalyse.fraunhofer.de
c/o Fraunhofer ISTBienroder Weg 54E38108 Braunschweig
MarketingDr. Simone KondruweitTel. 0531/2155-535Fax 0531/2155-900E-Mail [email protected]
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-und Plasmatechnik FEP
Winterbergstraße 28D-01277 Dresdenhttp://www.fep.fraunhofer.de
Dr. Peter FrachTel. 0351/25 86-370Fax 0351/25 86-55-370E-Mail [email protected]
Photokatalytische undphotohydrophileTitandioxid-Schichtenauf Oberflächen zur
Reinigungserleichterung
Selbstreinigung
Selbstentkeimung
Anti-Beschlag-Wirkung
Hydrophilierung
Gas- und Flüssigkeits-reinigung
AllianzPhotokatalyse
FraunhoferFhG
Klare Sicht durchs Fenster:Nach Aktivierung der Schicht mit UV-Lichtbildet sich ein benetzender Film auf derbeschichteten Glasscheibe.
Tropfenfreier Spiegel.Links: nicht aktiviert (Tropfenbildung),Rechts: aktiviert (Super-Hydrophilie)
Gesteuerte Benetzung:Hydrophile und hydrophobe Bereiche aufeiner Fliese.Gelblich: kristallines TiO2 (super-hydrophil),Bläulich: amorphes TiO2 (Tropfenbildung)
Beschichtungstechnologie desFraunhofer FEP – Reaktives Puls-Magnetron-Sputtern (PMS)
Vorteile dieses speziellen PVD-Verfah-rens gegenüber herkömmlichen TiO2-Beschichtungsverfahren: • Stabiler Vakuumbeschichtungs-
prozess mit hoher Gleichmäßigkeitund Reinheit der Schicht, auch ge-eignet für Großflächenbeschichtung
• Ohne Binder haftfest auf einer gro-ßen Vielfalt von Oberflächen
• In weiten Grenzen einstellbareProzessparameterEinstellung der Kristallinität undzahlreicher weiterer Schichteigen-schaften möglichHerstellung amorpher oder kristalli-ner Titandioxid-Schichten (Anatas-oder Rutil-Modifikation)Kristalline Schichtstruktur bereits beiSubstrattemperaturen von 170 .. 250°C (350 .. 450 °C bei anderen Ver-fahren)
Die Aktivierung kann durch Beleuch-tung mit UV-Licht oder Tageslicht bzw.mit Leuchtstofflampen für Innenräumeinnerhalb einiger Minuten bis Stundenerfolgen und hält ohne Bestrahlungmehrere Stunden an:
Ihr Vorteil
Innovative photokatalytische und photo-hydrophile Eigenschaften erhöhen denGebrauchswert Ihres Produkts: • Dauerhafte Wirkung, da kein Ver-
brauch von Schichtmaterial • Umweltfreundlich, da keine Abgabe
von Chemikalien aus der Schicht • Wirkung steuerbar durch Beleuch-
tung • Hohe Produktivität des Beschich-
tungsverfahrens erlaubt kostengün-stige Fertigung
• Große Effizienz, da Oberfläche nuraus TiO2 besteht
• Breite Palette an Substratmaterialienmöglich durch Niedertemperaturbe-schichtung, auch auf ausgewähltenKunststoffen
• PMS prinzipiell zur Beschichtung von3D-Substraten geeignet
Angebot des Fraunhofer FEP –Ihr Partner für
Schicht- und Materialentwicklung
• Technologien für Schichtmaterialienmit produktspezifischen Anforde-rungsprofilen auf Substraten aus Glas,Metall, Keramik und Kunststoffen
Prozessentwicklung und-implementierung
• Entwicklung und Lieferung von inte-grierten Beschichtungssystemen so-wie von Basisverfahren und Prozess-komponenten
• Know-how der Implementierung vonBeschichtungs-Technik und-Technologie in zahlreiche FuE- undProduktionsanlagen
Herstellung von Prototypen undPilotproduktion
• Auf industrierelevanten Beschich-tungsanlagen des FEP
TiO2-Schichten mit dem PMS-Verfahren:Einstellung von Kristallinität und Schicht-eigenschaften durch Variation der Plasma-Bedingungen.
Rutil
Anatas/Rutil
Anatas
Amorph
Wasser-Kontaktwinkel bei Aktivierung undDunkellagerung von photokatalytischenTiO2-Schichten hergestellt mit dem PMS-Verfahren.Blau: UV-A-Lampe (PUV-A ≈ 2 mW/cm2)Grün: Leuchtstofflampe (PVIS ≈ 50 mW/cm2)
