Selbstreinigende Smartphones und die Wissenschaft dahinter

Titandioxid wird zum Schlüsselelement für die Entwicklung selbstreinigender Smartphones, Fenster und verschiedener anderer Oberflächen.

 
Auch wenn sich selbstreinigende Smartphones noch eher nach Science Fiction anhören, existiert das Konzept selbstreinigender Materialien doch schon seit vielen Jahren. Von hydrophoben (sprich wasserabweisenden) Beschichtungen, bis hin zu Stoffen, die ölige Moleküle abstoßen – selbstreinigende Materialien lassen sich auf die unterschiedlichsten Arten herstellen. Doch allmählich übernimmt Titandioxid (TiO2) eine alleinige Führungsrolle unter den selbstreinigenden Stoffen.

Fügt man einem Material Titandioxidpartikel hinzu, kann es diesem selbstreinigende Eigenschaften verleihen – indem die Verbindung in dieser Form zu einem Photokatalysator wird. Trifft nämlich Sonnenlicht auf Titandioxid, löst es eine Reaktion aus, die Schmutzpartikel zersetzt.
 

Selbstreinigende Smartphones nutzen das Sonnenlicht

Sonnenlicht besteht aus einem Spektrum elektromagnetischer Strahlung, bestehend aus ultravioletter Strahlung (UV), Infrarotstrahlung (IR) und sichtbarem Licht. Ein Großteil der UV-Strahlung wird durch die Erdatmosphäre herausgefiltert, bevor das Sonnenlicht auf die Erde trifft, aber ein sehr geringer Teil erreicht dennoch den Boden.

Trifft diese UV-Strahlung auf Titandioxid, löst das eine elektrochemische Reaktion aus, welche das Verbundmaterial aktiviert und freie Radikale produziert.

Diese sind in der Lage, Schadstoffe und inaktive Mikroorganismen, Bakterien, Pilzsporen und Viren zu zersetzen.


 

Vereinfachte Reinigung

Bringt man eine dünne Titandioxidschicht auf eine Glasfläche wie ein Smartphone-Display auf, verschwinden Hautfettablagerungen und Fingerabdrücke darauf allmählich ganz von selbst“, wie Dr. Michael Vergöhl, Abteilungsleiter beim Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, bestätigt.“

Dies bedeutet, dass eine Beschichtung mit TiO2-Nanopartikeln auch die manuelle Reinigung erleichtern kann. Gerade bei schwierig zu säubernden Flächen, wie zum Beispiel Hochhausfenstern, kann die Reinigungseffizienz deutlich gesteigert werden.

Forscher in aller Welt arbeiten derzeit an Beschichtungen, die sich für verschiedene Anwendungen nutzen lassen – von Hochhausverglasungen, die auf natürlichem Wege mit Sonnenlicht in Kontakt kommen, bis hin zu Arbeitsflächen in Küchen und Krankenhäusern, die man mit UV-Licht behandeln könnte. Das kanadische Unternehmen NanoFixIt hat bereits einen Displayschutz für Smartphones entwickelt, der sich die selbstreinigenden Eigenschaften von TiO2 zunutze macht.


 

Innovative Anwendungen

Eine weitere Möglichkeit wäre es, die Partikel in Textilien einzuweben, die sich dann selbst sauber halten könnten. Auch Gartenmöbel, die über den Winter oft vernachlässigt werden und verschmutzen, ließen sich mit solch einer Beschichtung versehen. Dann müsste man sie nur noch in die Sonne stellen und sie wären wieder sauber, sagen jedenfalls Forscher des Fraunhofer-Instituts.

Aber was passiert, wenn die Sonne nicht scheint? Verschiedene Erkenntnisse deuten darauf hin, dass andere Elemente die Effizienz der Nanopartikel steigern können.

„In den vergangenen Jahrzehnten hat es bereits viele erfolgreiche wissenschaftliche Ansätze gegeben, um die Fähigkeit von TiO2, sichtbares Licht zu absorbieren, weiter zu steigern.  So lässt sich die Effizienz an sonnenarmen Tagen mithilfe von Materialien wie Wasserstoff, Schwefel und Fluor verbessern,“ erläutert Mallikarjuna Nadagouda, ein Forscher der US-Umweltschutzbehörde EPA.

Nadagouda hat gemeinsam mit anderen Kollegen einen Artikel veröffentlicht, das sich mit der verfügbaren Literatur zum Thema TiO2 auseinandersetzt. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass antibakterielle, mit TiO2 behandelte Oberflächen in Krankenhäusern ebenso genutzt werden könnten, wie in der Lebensmittel-, Keramik- und Baubranche.


 

Optimierte Reinigungsprozesse

Die Kombination von TiO2 und Sonnenlicht zählt zu den bekanntesten fortschrittlichen Oxidationsprozessen und wird derzeit vorwiegend in der Wasseraufbereitung eingesetzt.

Zwar ist der Selbstreinigungsprozess in der Wasseraufbereitung hocheffizient, aber laut Nadagouda muss er noch weiter verbessert werden, bevor er auch für andere Anwendungen genutzt werden kann. So müssten Wege gefunden werden, um ein Ablösen des TiO2 von der behandelten Oberfläche zu verhindern. Auch die Fähigkeit der Nanopartikel, unerwünschte Substanzen von Oberflächen zu entfernen, sollte weiter optimiert werden.

„Man geht allgemein davon aus, dass sich die TiO2-Technologie sich in der Praxis durchsetzen wird, sobald für diese Bereiche entsprechende Lösungen vorliegen“, so Nadagouda abschließend.