Zelfreinigende smartphones en de wetenschap erachter

Titaandioxide wordt steeds belangrijker bij het maken van zelfreinigende smartphones, ramen en andere oppervlakken.

Zelfreinigende smartphones lijken misschien sciencefiction, maar het concept van zelfreinigende materialen bestaat al heel wat jaren. Van hydrofobe (waterafstotende) deklagen tot stoffen die vetmoleculen afweren, de verscheidenheid aan methoden om zelfreinigende materialen te maken is groot. Tegenwoordig wordt steeds vaker titaandioxide (TiO2) gebruikt bij de ontwikkelig van zelfreinigende materialen.

Door toevoeging van titaandioxide-nanodeeltjes krijgt een materiaal zelfreinigende eigenschappen aangezien de stof – in deze vorm – een fotokatalysator is: wanneer zonlicht op titaandioxide valt, ontstaat er een reactie die vuil afbreekt.

Zelfreinigende smartphones genieten van de zon

Zonlicht bestaat uit een spectrum van elektromagnetische straling, waaronder ultraviolet (UV), infrarood en zichtbaar licht. De meeste uv-straling wordt weggefilterd in de atmosfeer en bereikt nooit de aarde. Slechts een heel klein deel straalt toch tot op de grond.

Wanneer dit UV licht op titaandioxide valt, ontstaat een elektrochemische reactie die de stof activeert en waardoor vrije radicalen worden gevormd.

Deze vrije radicalen kunnen, voordat ze verdwijnen, verontreiniging afbreken en micro-organismen, bacteriën, schimmels en virussen inactiveren.

Eenvoudig schoonmaken

Dr. Michael Vergöhl, afdelingshoofd aan het Fraunhofer IST, zegt: “Breng een dunne laag titaandioxide aan op een glasoppervlak, zoals het scherm van een smartphone, en huidvetten en vingerafdrukken verdwijnen geleidelijk vanzelf.”

Deze eigenschap zorgt ervoor dat een laagje TiO2-nanodeeltjes kan helpen bij handmatig schoonmaakwerk en dus een effectieve oplossing betekent voor moeilijk schoon te maken oppervlakken, zoals de ramen van hoge gebouwen.

Onderzoekers over de hele wereld proberen deklagen te maken die voor verschillende toepassingen geschikt zijn, van ramen in hoogbouw (die natuurlijk zonlicht opvangen) tot het werkoppervlak in bijvoorbeeld ziekenhuizen en keukens, die met UV licht behandeld kunnen worden. Het Canadese bedrijf NanoFixIt heeft een vloeibare smartphone-protector ontwikkeld op basis van de zelfreinigende eigenschappen van TiO2.

Innovatieve nieuwe toepassingen

Een andere mogelijkheid is dat de deeltjes in kleding worden geweven, waardoor die zichzelf schoon kan houden. De deklaag kan ook worden gebruikt voor tuinmeubels, die in de winter vaak buiten blijven staan en dan wat slijmerig worden. Laat ze gewoon in de zon staan om ze schoon te maken, zeggen de onderzoekers van Fraunhofer.

Maar wat gebeurt er als er geen zon is? Onderzoek laat zien dat toevoeging van andere elementen de werking van de nanodeeltjes kan versterken.

“De laatste decennia heeft de wetenschap veel vooruitgang geboekt in het verbeteren van de absorptie van zichtbaar licht door TiO2 door verschillende elementen zoals stikstof, zwavel en fluor toe voegen, wat de werking op minder zonnige dagen versterkt”, vertelt Mallikarjuna Nadagouda, onderzoeker van het United States Environmental Protection Agency.

Nadagouda heeft samen met collega’s een paper geschreven waarin de bestaande literatuur over TiO2 werd geëvalueerd. De conclusie was dat antibacteriële oppervlakken op basis van TiO2 kunnen worden gebruikt voor keramische materialen en in ziekenhuizen, de voedingsindustrie en de bouw.

Verfijning van het reinigingsproces

De combinatie van TiO2 en zonlicht is een van de meest bekende ‘geavanceerde oxidatieprocessen’ (AOP’s) en wordt momenteel voornamelijk gebruikt voor waterbehandeling.

De zelfreinigende technologie is uiterst efficiënt voor de behandeling van water, maar volgens Nadagouda is wel verdere verfijning nodig voordat deze technologie breder inzetbaar is. Zo moet bijvoorbeeld nog worden voorkomen dat TiO2 loskomt uit oppervlakken of materialen waarin het is gebruikt en moeten de unieke eigenschappen nog beter worden benut om ongewenste materialen van oppervlakken te verwijderen.

“Als deze punten worden aangepakt, zo denkt men, zal TiO2 zijn weg vinden naar dagelijkse toepassingen en de industrie”, aldus Nadagouda.