Revêtements à base de dioxyde de titane : Propriétés et applications

Le dioxyde de titane (TiO₂) n'est peut-être pas un nom familier, mais ses applications sont présentes dans de nombreux aspects de la vie quotidienne. Réputé pour sa polyvalence, le TiO₂ Les revêtements à base de dioxyde de titane sont essentiels dans de nombreuses industries, allant de la construction aux soins de santé. Ce blog se penche sur les principales propriétés qui rendent les revêtements à base de dioxyde de titane indispensables et sur leurs nombreuses applications qui façonnent la technologie d'aujourd'hui.

Propriétés du dioxyde de titane

Le dioxyde de titane est un matériau exceptionnel, doté d'une combinaison unique de propriétés qui en font un composant idéal pour les produits de tous les jours, notamment les cosmétiques, les additifs alimentaires, les revêtements et bien d'autres encore. Les propriétés les plus marquantes du TiO₂ inclure :

• Indice de réfraction élevé: TiO₂ a un indice de réfraction élevé (2,25 à 550 nm), ce qui le rend idéal pour la fabrication de miroirs diélectriques utilisés dans l'optique laser.
• Protection UV: TiO₂ absorbe efficacement la lumière ultraviolette (UV), ce qui lui confère d'excellentes propriétés de blocage des UV. C'est pourquoi de nombreux écrans solaires et bloqueurs d'UV utilisent le TiO₂ comme ingrédient clé.
• Activité photocatalytique: Lorsque le TiO₂ absorbe la lumière UV, il génère une paire électron-trou qui catalyse ensuite les réactions chimiques. Cet effet est utile pour les surfaces autonettoyantes et les revêtements antimicrobiens.
• Stabilité chimique: TiO₂ est chimiquement stable et résistant à la corrosion, ce qui permet de l'utiliser dans des environnements difficiles.
• Non-toxicité: TiO₂ est généralement considéré comme non toxique et peut être utilisé sans danger dans les matériaux en contact avec les aliments et les cosmétiques.

Applications des revêtements à base de dioxyde de titane

Les applications réelles du TiO₂ sont aussi fascinants que diversifiés. Les surfaces autonettoyantes telles que les fenêtres et les peintures extérieures tirent parti de ses propriétés photocatalytiques pour décomposer les polluants. Les hôpitaux et les usines de transformation des aliments utilisent le TiO₂Les propriétés antimicrobiennes du TiO2 permettent de maintenir des environnements stériles. Dans les produits de consommation, le TiO₂La capacité d'absorption de la lumière ultraviolette de l'acide chlorhydrique explique qu'il soit un ingrédient clé des écrans solaires et qu'il soit également utilisé pour protéger les plastiques et les textiles de la dégradation par les UV. En outre, son rôle dans les systèmes de purification photocatalytique contribue à faire progresser la durabilité environnementale en purifiant l'air et l'eau. L'indice de réfraction élevé du TiO₂ le rend idéal pour améliorer l'efficacité des composants optiques tels que les miroirs et les fibres optiques.

Revêtements à base de dioxyde de titane par Platypus Technologies

Chez Platypus Technologies, nous fabriquons des revêtements en couches minces de TiO₂ par évaporation réactive par faisceau d'électrons, qui est un procédé sous vide incorporant de l'oxygène à haute énergie. Dans l'évaporation par faisceau d'électrons, un faisceau énergétique d'électrons frappe un bloc de dioxyde de titane pur, provoquant l'éjection de molécules d'oxyde de titane partiellement oxydées. Pendant ce temps, un flux d'oxygène de haute pureté s'écoule dans le vide à haute température. Pendant le trajet entre la source et le substrat, l'oxyde de titane réagit avec l'oxygène et se réoxyde en TiO₂. Ce TiO₂ sur le substrat, qui est chauffé à 250 °C pour améliorer l'adhérence et les propriétés optiques du revêtement final.

L'image ci-dessus montre un exemple d'une cellule de TiO₂ sur une lame de verre de microscope. L'image montre l'uniformité et la qualité du processus de revêtement, qui sont des paramètres importants dans les applications industrielles telles que l'optique, les semi-conducteurs et les revêtements pour la recherche scientifique. Le verre revêtu apparaît translucide avec un soupçon de teinte violette, indiquant des effets d'interférence de la lumière. Cet effet est directement lié aux propriétés optiques du TiO₂ où certaines longueurs d'onde de la lumière interfèrent de manière constructive et destructive lorsqu'elles se reflètent sur les différentes interfaces du revêtement, ce qui conduit à la coloration observée.  

Analyse spectroscopique des films minces de dioxyde de titane

L'analyse spectroscopique du TiO₂-fournit des informations supplémentaires sur les propriétés optiques des diapositives en verre recouvertes de TiO₂ film. L'image ci-dessous montre le pourcentage de réflexion de la lumière sur le spectre de la lumière visible, de 380 nanomètres (nm) à 700 nm, pour la lame de verre recouverte de TiO₂ par rapport au verre nu.  

On remarque que les spectres pour le TiO₂-(ligne bleue) présente trois (3) pics prononcés, indiquant les longueurs d'onde où la réflexion (R) est significativement plus élevée que le reste du spectre. Le premier pic se produit à 402 nm (R = 44,51%), le deuxième à 490 nm (R = 40,67%) et le troisième à 656 nm (R = 37,49%). Les longueurs d'onde auxquelles les maxima apparaissent ne dépendent que de l'épaisseur du film et de l'indice de réfraction du revêtement. Nous utilisons donc cette information pour calculer que le film déposé était de 378 nm. 

Le spectre de réflexion pour le verre nu non revêtu est représenté par une ligne plate (ligne orange), qui reste constamment faible, à ~4%, ce qui montre que le verre nu réfléchit un pourcentage beaucoup plus faible de lumière visible sur l'ensemble du spectre par rapport à la couche de TiO₂-verre revêtu.

La science derrière le TiO₂ Revêtements pour l'optique

La science du TiO₂ repose sur son interaction avec la lumière. Lorsqu'il est appliqué sous forme de film mince, le TiO₂ crée un effet d'interférence, observable sous forme de couleurs chatoyantes, résultant des différentes longueurs d'onde de la lumière qui se reflètent sur sa surface. L'analyse du spectre de réflexion du TiO₂ L'étude des revêtements en TiO révèle comment ils peuvent être adaptés à des applications spécifiques, par exemple en maximisant la réflexion de la lumière sur certaines longueurs d'onde afin d'améliorer les performances optiques. En modifiant l'épaisseur du TiO₂ il est possible de modifier la longueur d'onde à laquelle la réflexion maximale est observée.

Conclusion

Les revêtements de dioxyde de titane offrent une combinaison extraordinaire de propriétés qui les rendent inestimables dans un large éventail d'applications. Des fenêtres autonettoyantes aux dispositifs optiques améliorés, les revêtements de TiO₂ révolutionne discrètement la façon dont nous abordons les matériaux et leurs capacités. Alors que la recherche continue de débloquer de nouveaux potentiels, l'avenir du TiO₂ est aussi brillant que les surfaces qu'il protège. Engagez-vous avec le matériau de l'avenir - considérez l'impact que le TiO₂ sur votre prochain projet.