Recubrimientos de dióxido de titanio: Propiedades y aplicaciones

Dióxido de titanio (TiO₂) puede que no sea un nombre muy conocido, pero sus aplicaciones están presentes en muchos aspectos de la vida cotidiana. Conocido por su versatilidad, el TiO₂ son vitales en numerosos sectores, desde la construcción hasta la sanidad. Este blog profundiza en las propiedades básicas que hacen indispensables los recubrimientos de dióxido de titanio y en su amplio abanico de aplicaciones que están dando forma a la tecnología actual.

Propiedades del dióxido de titanio

El dióxido de titanio es un material excepcional, con una combinación única de propiedades que lo convierten en un componente ideal para productos de uso cotidiano, como cosméticos, aditivos alimentarios y revestimientos, entre otros. Las propiedades más destacadas del TiO₂ incluyen:

• Alto índice de refracción: TiO₂ tiene un alto índice de refracción (2,25 a 550 nm), por lo que es ideal para fabricar espejos dieléctricos utilizados en óptica láser.
• Protección UV: TiO₂ absorbe eficazmente la luz ultravioleta (UV), lo que le confiere excelentes propiedades de bloqueo de los rayos UV. Por esta razón, muchos protectores solares y bloqueadores UV utilizan TiO₂ como ingrediente clave.
• Actividad fotocatalítica: Cuando el TiO₂ absorbe la luz ultravioleta, se genera un par electrón-hueco que posteriormente cataliza reacciones químicas. Este efecto es útil para superficies autolimpiables y revestimientos antimicrobianos.
• Estabilidad química: TiO₂ es químicamente estable y resistente a la corrosión, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos difíciles.
• No toxicidad: TiO₂ se considera generalmente no tóxico y es seguro para su uso en materiales en contacto con alimentos y cosméticos.

Aplicaciones de los revestimientos de dióxido de titanio

Las aplicaciones reales del TiO₂ son tan fascinantes como diversos. Las superficies autolimpiables, como ventanas y pinturas exteriores, aprovechan sus propiedades fotocatalíticas para descomponer los contaminantes. Los hospitales y las plantas de procesamiento de alimentos utilizan TiO₂para mantener los entornos estériles. En los productos de consumo, el TiO₂Por eso es un ingrediente clave en los protectores solares y también se utiliza para proteger los plásticos y los tejidos de la degradación UV. Además, su papel en los sistemas de purificación fotocatalíticos es decisivo para avanzar en la sostenibilidad medioambiental purificando el aire y el agua. El elevado índice de refracción del TiO₂ hace que sea ideal para mejorar la eficacia de componentes ópticos como espejos y fibra óptica.

Recubrimientos de dióxido de titanio de Platypus Technologies

En Platypus Technologies fabricamos revestimientos de película fina de TiO₂ mediante evaporación reactiva por haz electrónico, que es un proceso al vacío que incorpora oxígeno de alta energía. En la evaporación por haz electrónico, un haz energético de electrones incide sobre un bloque de dióxido de titanio puro, provocando la expulsión de moléculas de óxido de titanio parcialmente oxidadas. Mientras tanto, una corriente de oxígeno de gran pureza fluye hacia el vacío a alta temperatura. Durante el trayecto de la fuente al sustrato, el óxido de titanio reacciona con el oxígeno y se reoxida en TiO₂. Este TiO₂ a continuación se deposita sobre el sustrato, que se calienta a 250 °C para mejorar la adherencia y las propiedades ópticas del revestimiento final.

La imagen de arriba muestra un ejemplo de un TiO₂ recubierta sobre un portaobjetos de microscopio. La imagen demuestra la uniformidad y calidad del proceso de recubrimiento, parámetros importantes en aplicaciones industriales como la óptica, los semiconductores y los recubrimientos para la investigación científica. El vidrio recubierto aparece translúcido con un matiz púrpura, indicativo de los efectos de interferencia de la luz. Este efecto está directamente relacionado con las propiedades ópticas del TiO₂ en el que determinadas longitudes de onda de la luz interfieren de forma constructiva y destructiva al reflejarse en las distintas interfaces del revestimiento, lo que da lugar a la coloración observada.  

Análisis espectroscópico de películas finas de dióxido de titanio

Análisis espectroscópico del TiO₂-proporciona más información sobre las propiedades ópticas del TiO₂ película. La imagen siguiente muestra el porcentaje de reflexión de la luz en el espectro de luz visible, de 380 nanómetros (nm) a 700 nm, para el portaobjetos de vidrio recubierto con TiO₂ en comparación con el vidrio desnudo.  

Obsérvense los espectros del TiO₂-(línea azul) presenta tres (3) picos pronunciados, que indican las longitudes de onda en las que la reflexión (R) es significativamente mayor que en el resto del espectro. El primer pico se produce a 402 nm (R = 44,51%), el segundo a 490 nm (R = 40,67%) y el tercero a 656 nm (R = 37,49%). Las longitudes de onda a las que aparecen los máximos dependen únicamente del grosor de la película y del índice de refracción del revestimiento. Por tanto, utilizamos esta información para calcular que la película depositada era de 378-nm. 

El espectro de reflexión del vidrio desnudo sin recubrimiento se representa como una línea plana (línea naranja), que se mantiene constantemente baja, en ~4%, lo que demuestra que el vidrio desnudo refleja un porcentaje mucho menor de luz visible en todo el espectro en comparación con el TiO₂-vidrio revestido.

La ciencia del TiO₂ Revestimientos para óptica

La ciencia del TiO₂ de los recubrimientos se basa en su interacción con la luz. Cuando se aplica como película fina, el TiO₂ crea un efecto de interferencia, observable como colores brillantes, resultado de las diferentes longitudes de onda de la luz que se reflejan en su superficie. Analizando el espectro de reflexión del TiO₂ revela cómo pueden adaptarse a aplicaciones específicas, como maximizar la reflectancia de la luz en longitudes de onda para mejorar el rendimiento óptico. Cambiando el grosor del revestimiento de TiO₂ es posible modificar la longitud de onda a la que se observa la máxima reflexión.

Conclusión

Los recubrimientos de dióxido de titanio ofrecen una extraordinaria combinación de propiedades que los hacen inestimables en toda una gama de aplicaciones. Desde ventanas autolimpiables hasta dispositivos ópticos mejorados, el TiO₂ está revolucionando silenciosamente la forma en que abordamos los materiales y sus capacidades. A medida que la investigación sigue desvelando nuevos potenciales, el futuro del TiO₂ es tan brillante como las superficies que protege. Comprométase con el material del futuro: considere el impacto que el TiO₂ que los revestimientos pueden tener en su próximo proyecto.