Titanium Dioxide Coatings: Eigenschaften und Anwendungen

Titaniumdioxid (TiO₂) ist vielleicht nicht jedem ein Begriff, aber seine Anwendungen sind in vielen Bereichen des täglichen Lebens zu finden. Bekannt für seine Vielseitigkeit, ist TiO₂ Beschichtungen sind in zahlreichen Branchen von entscheidender Bedeutung, vom Bauwesen bis zum Gesundheitswesen. Dieser Blog befasst sich mit den Kerneigenschaften, die Titandioxid-Beschichtungen unentbehrlich machen, und mit ihren weitreichenden Anwendungen, die die heutige Technologie prägen.

Eigenschaften von Titaniumdioxid

Titandioxid ist ein herausragendes Material mit einer einzigartigen Kombination von Eigenschaften, die es zu einem idealen Bestandteil von Alltagsprodukten wie Kosmetika, Lebensmittelzusatzstoffen, Beschichtungen und mehr machen. Die hervorstechendsten Eigenschaften von TiO₂ umfassen:

• Hoher Brechungsindex: TiO₂ hat einen hohen Brechungsindex (2,25 bei 550 nm), wodurch es sich ideal für die Herstellung dielektrischer Spiegel in der Laseroptik eignet.
• UV-Schutz: TiO₂ absorbiert effizient ultraviolettes (UV-)Licht und bietet damit hervorragende UV-Blocker-Eigenschaften. Aus diesem Grund verwenden viele Sonnenschutzmittel und UV-Blocker TiO₂ als eine wichtige Zutat.
• Photokatalytische Aktivität: Wenn TiO₂ absorbiert UV-Licht, es erzeugt ein Elektron-Loch-Paar die anschließend chemische Reaktionen katalysieren. Dieser Effekt ist nützlich für selbstreinigende Oberflächen und antimikrobielle Beschichtungen.
• Chemische Beständigkeit: TiO₂ ist chemisch stabil und korrosionsbeständig, was es für den Einsatz in rauen Umgebungen geeignet macht.
• Ungiftigkeit: TiO₂ gilt im Allgemeinen als ungiftig und kann in Materialien, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, und in Kosmetika sicher verwendet werden.

Anwendungen von Titaniumdioxid-Beschichtungen

Die realen Anwendungen von TiO₂ Beschichtungen sind ebenso faszinierend wie vielfältig. Selbstreinigende Oberflächen wie Fenster und Außenanstriche machen sich die photokatalytischen Eigenschaften von TiO zunutze, um Schadstoffe abzubauen. Krankenhäuser und lebensmittelverarbeitende Betriebe nutzen TiO₂die antimikrobiellen Eigenschaften von TiO zur Aufrechterhaltung einer sterilen Umgebung. In Verbraucherprodukten wird TiO₂Aufgrund seiner Fähigkeit, ultraviolettes Licht zu absorbieren, ist es ein wichtiger Bestandteil von Sonnenschutzmitteln und wird auch zum Schutz von Kunststoffen und Textilien vor UV-Zersetzung verwendet. Darüber hinaus trägt seine Rolle in photokatalytischen Reinigungssystemen durch die Reinigung von Luft und Wasser zur Förderung der ökologischen Nachhaltigkeit bei. Der hohe Brechungsindex von TiO₂ macht es ideal für die Verbesserung der Effizienz von optischen Komponenten wie Spiegeln und Glasfasern.

Titaniumdioxid-Beschichtungen von Platypus Technologies

Bei Platypus Technologies stellen wir Dünnfilmbeschichtungen aus TiO₂ durch reaktive Elektronenstrahlverdampfung, ein Vakuumverfahren, bei dem hochenergetischer Sauerstoff eingesetzt wird. Bei der E-Strahl-Verdampfung trifft ein energiereicher Elektronenstrahl auf einen Block aus reinem Titandioxid, wodurch teilweise oxidierte Titanoxidmoleküle ausgestoßen werden. Währenddessen strömt ein Strom hochreinen Sauerstoffs bei hoher Temperatur in das Vakuum. Auf dem Weg von der Quelle zum Substrat reagiert das Titanoxid mit dem Sauerstoff und oxidiert wieder zu TiO₂. Dieses TiO₂ wird auf das Substrat aufgebracht, das bei 250 °C erhitzt wird, um die Haftung und die optischen Eigenschaften der endgültigen Beschichtung zu verbessern.

Das obige Bild zeigt ein Beispiel für eine TiO₂ Film, der auf einen Objektträger aus Mikroskopglas aufgetragen wurde. Das Bild zeigt die Gleichmäßigkeit und Qualität des Beschichtungsprozesses, die wichtige Parameter bei industriellen Anwendungen wie Optik, Halbleitern und Beschichtungen für die wissenschaftliche Forschung sind. Das beschichtete Glas erscheint lichtdurchlässig mit einem Hauch von Violett, was auf Lichtinterferenzeffekte hinweist. Dieser Effekt steht in direktem Zusammenhang mit den optischen Eigenschaften des TiO₂ Beschichtung, bei der bestimmte Wellenlängen des Lichts konstruktiv und destruktiv interferieren, wenn sie von den verschiedenen Oberflächen der Beschichtung reflektiert werden, was zu der beobachteten Färbung führt.  

Spektroskopische Analyse von Titandioxid-Dünnschichten

Die spektroskopische Analyse der TiO₂-beschichteten Glasobjektträgern liefert weitere Erkenntnisse über die optischen Eigenschaften der TiO₂ Film. Das folgende Bild zeigt den prozentualen Anteil der Lichtreflexion über das Spektrum des sichtbaren Lichts von 380 Nanometern (nm) bis 700 nm für den mit TiO® beschichteten Glasträger₂ im Vergleich zu blankem Glas.  

Beachten Sie die Spektren für das TiO₂-beschichtetes Glas (blaue Linie) weist drei (3) ausgeprägte Spitzen auf, die auf Wellenlängen hinweisen, bei denen die Reflexion (R) deutlich höher ist als im übrigen Spektrum. Die erste Spitze tritt bei 402 nm (R = 44,51%) auf, die zweite Spitze bei 490 nm (R = 40,67%) und die dritte Spitze bei 656 nm (R = 37,49%). Die Wellenlängen, bei denen die Maxima auftreten, hängen nur von der Dicke des Films und dem Brechungsindex der Beschichtung ab. Anhand dieser Informationen können wir berechnen, dass die abgeschiedene Schicht 378 nm dick war. 

Das Reflexionsspektrum für das unbeschichtete, blanke Glas ist als flache Linie (orangefarbene Linie) dargestellt, die mit ~4% konstant niedrig bleibt. Dies zeigt, dass blankes Glas im Vergleich zu TiO₂-beschichtetes Glas.

Die Wissenschaft hinter TiO₂ Beschichtungen für die Optik

Die Wissenschaft von TiO₂ Beschichtungen liegt in seiner Wechselwirkung mit Licht begründet. Als dünner Film aufgetragen, kann TiO₂ erzeugt einen Interferenzeffekt, der als schillernde Farben zu beobachten ist und auf die Reflexion verschiedener Lichtwellenlängen an der Oberfläche zurückzuführen ist. Die Analyse des Reflexionsspektrums von TiO₂ Beschichtungen zeigt, wie sie auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten werden können, z. B. um die Lichtreflexion bei bestimmten Wellenlängen zu maximieren und so die optische Leistung zu verbessern. Durch Änderung der Dicke der TiO₂ Folie ist es möglich, die Wellenlänge zu ändern, bei der die maximale Reflexion beobachtet wird.

Schlussfolgerung

Titandioxid-Beschichtungen bieten eine außergewöhnliche Kombination von Eigenschaften, die sie für ein breites Spektrum von Anwendungen von unschätzbarem Wert machen. Von selbstreinigenden Fenstern bis hin zu verbesserten optischen Geräten - TiO₂ revolutioniert im Stillen die Art und Weise, wie wir Materialien und ihre Fähigkeiten betrachten. Da die Forschung weiterhin neue Potenziale erschließt, wird die Zukunft von TiO₂ Beschichtungen sind so strahlend wie die Oberflächen, die sie schützen. Beschäftigen Sie sich mit dem Material der Zukunft - denken Sie an die Auswirkungen, die TiO₂ Beschichtungen für Ihr nächstes Projekt haben könnten.