Titandioxid (TiO2) wird zu einem Schlüsselelement bei der Herstellung von selbstreinigenden Smartphones, Fenstern und einer Reihe von anderen Oberflächen.
Obwohl selbstreinigende Smartphones wie etwas aus der Science-Fiction klingen mögen, gibt es das Konzept der selbstreinigenden Materialien schon seit vielen Jahren. Von hydrophoben oder wasserabweisenden Beschichtungen bis hin zu Substanzen, die ölige Moleküle abweisen – die Vielfalt der Methoden zur Herstellung selbstreinigender Materialien ist groß. Jetzt übernimmt Titandioxid langsam die Führung im Rennen um selbstreinigende Stoffe.
Wenn man einem Material TiO2-Nanoformen hinzufügt, kann man ihm selbstreinigende Eigenschaften verleihen, denn die Verbindung ist in dieser Form ein Photokatalysator; wenn Sonnenlicht auf Titandioxid scheint, löst es eine Reaktion aus, die Schmutz abbaut.
Wie sich selbstreinigende Smartphones das Sonnenlicht zunutze machen
Das Licht der Sonne besteht aus einem Spektrum elektromagnetischer Strahlung, darunter ultraviolettes (UV), infrarotes und sichtbares Licht. Die meisten UV-Strahlen werden von den atmosphärischen Schichten herausgefiltert, bevor sie die Erde erreichen, aber ein sehr kleiner Teil findet seinen Weg zum Boden.
Wenn dieses UV-Licht auf Titandioxid trifft, löst es eine elektrochemische Reaktion aus, die die Verbindung aktiviert und freie Radikale erzeugt.
Die freien Radikale können Schadstoffe zersetzen und Mikroorganismen, Bakterien, Pilze und Viren inaktivieren, bevor sie sich auflösen.
Leichtere Reinigung
Und nicht nur das, wie Dr. Michael Vergöhl, Abteilungsleiter am Fraunhofer IST, sagt: „Wenn man eine dünne Beschichtung aus Titandioxid auf eine Glasoberfläche wie den Bildschirm eines Smartphones aufträgt, verschwinden Hautfett und Fingerabdrücke nach und nach von selbst vom Display.“
Diese Eigenschaft bedeutet, dass eine Beschichtung mit TiO2-Nanopartikeln auch die manuelle Reinigung unterstützen kann, was sie auf Oberflächen, die von Natur aus schwer zu reinigen sind, wie z. B. die Fenster von Wolkenkratzern, doppelt effektiv macht.
Forscher auf der ganzen Welt arbeiten an der Entwicklung von Beschichtungen, die für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt werden können: von den Fenstern von Hochhäusern, die auf natürliche Weise Sonnenlicht erhalten, bis hin zu Arbeitsflächen in Krankenhäusern und Küchen, die mit UV-Licht behandelt werden könnten.
Innovative neue Anwendungen
Eine weitere Möglichkeit ist das Einweben der Partikel in Kleidungsstücke, die sich selbst sauber halten. Die Beschichtungen könnten auch auf Gartenmöbel aufgetragen werden, die in den Wintermonaten oft vernachlässigt werden und schmierig werden; sie in der Sonne stehen zu lassen, könnte jedoch eine Möglichkeit sein, sie zu reinigen, so die Fraunhofer-Forscher.
Doch was passiert, wenn die Sonne nicht scheint? Es gibt Hinweise darauf, dass die Zugabe anderer Elemente die Effizienz der Nanopartikel erhöhen kann.
„In den letzten Jahrzehnten gab es viele erfolgreiche wissenschaftliche Ansätze, die darauf abzielten, die Absorptionseigenschaften von TiO2 für sichtbares Licht durch die Zugabe verschiedener Elemente wie Stickstoff, Schwefel und Fluor zu verbessern, so dass es an weniger sonnigen Tagen effizienter ist“, sagt Mallikarjuna Nadagouda, ein Forscher bei der US-Umweltschutzbehörde.
Nadagouda und seine Kollegen haben die aktuelle Literatur über TiO2 ausgewertet und sind zu dem Schluss gekommen, dass antibakterielle Oberflächen auf der Grundlage von TiO2 in Krankenhäusern, in der Lebensmittel-, Keramik- und Bauindustrie eingesetzt werden könnten.
Verfeinerung des Reinigungsprozesses
Die Kombination von TiO2 und Sonnenlicht ist eines der bekanntesten fortschrittlichen Oxidationsverfahren (AOP) und wird derzeit hauptsächlich zur Wasseraufbereitung eingesetzt.
Der Prozess der selbstreinigenden Technologie ist für die Wasseraufbereitung hocheffizient, aber laut Nadagouda muss er noch verfeinert werden, bevor er in größerem Umfang eingesetzt werden kann. Dazu gehört auch die Frage, wie die Freisetzung von TiO2 von Oberflächen oder Materialien, auf denen es verwendet wird, verhindert werden kann und wie seine einzigartigen Eigenschaften weiter genutzt werden können, um unerwünschtes Material auf Oberflächen zu entfernen.
„Wir gehen davon aus, dass die TiO2-Technologie ihren Weg in die praktische Anwendung und in die Industrie finden wird, wenn diese Fragen geklärt sind“, sagt Nadagouda.
