ðóñ
Ñàìîî÷èùàþùååñÿ ñòåêëî
Ôèðìà «Òåõíîëó÷» âûïóñêàåò íåñêîëüêî âèäîâ Ñàìîî÷èùàþùåãîñÿ ñòåêëà ñ  ïîêðûòèÿìè TiO2. Ìåòîä íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé – ðåàêòèâíîå ðàñïûëåíèå â âàêóóìå. Ìåòîä ÿâëÿåòñÿ ýêîëîãè÷åñêè áåçîïàñíûì, ïîñêîëüêó âñå ïðîöåññû ïðîèñõîäÿò â âàêóóìíîé êàìåðå è íå ñîïðîâîæäàþòñÿ îáðàçîâàíèåì êàêèõ ëèáî âðåäíûõ îòõîäîâ.

Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñòåêëà ñ ïðèìåíåíèåì ÒiÎ2-ïîêðûòèÿ

Êîä ñòåêëà

ñ ïîêðûòèåì

Ê ïð, %

Ê îòð, %

Ê îòð.ñò, %

Ê óô, %

Êïð.ñ.,%

210 - áåñöâåòíîå

71

26

26

46

78

220 - áåñöâåòíîå

68

29

28

45

69

211 – çåëåíîå, ñèíåå

62

27

21

30

31

214 - ñèíåå

45

28

15,5

22

27


ãäå,
• Ê óô %  -  ïðîïóñêàíèå â óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïàçîíå ñïåêòðà;
• Ê ïð  %  -  ïðîïóñêàíèå â âèäèìîì äèàïàçîíå ñïåêòðà;
• Ê îòð % - îòðàæåíèå â âèäèìîì äèàïàçîíå ñïåêòðà ñî ñòîðîíû ïîêðûòèÿ;
• Ê îòð.ñò % - îòðàæåíèå â âèäèìîì äèàïàçîíå ñïåêòðà ñî ñòîðîíû ñòåêëà;
• Ê ïð.ñ. % - ïðîïóñêàíèå ñîëíå÷íîé ýíåðãèè â âèäèìîì è èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå èçëó÷åíèÿ.

Ôîòî îáúåêòîâ ñ ïðèìåíåíèåì ñàìîî÷èùàþùåãîñÿ ñòåêëà



 ×ÅÌ ÂÎËØÅÁÍÀß ÑÈËÀ TiO2 ÏÎÊÐÛÒÈß?


Äèîêñèä òèòàíà – îäèí èç ñàìûõ ðàñïðîñòðàíåííûõ ìàòåðèàëîâ â íàøåé ïîâñåäíåâíîé æèçíè. Îí øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â êðàñêàõ, êîñìåòèêå è ïèùåâûõ ïðîäóêòàõ. Ñåãîäíÿ åæåãîäíîå ïîòðåáëåíèå äèîêñèäà òèòàíà â ìèðå ïðåâûøàåò òðè ìèëëèîíà òîíí. Ñïåöèàëèñòû ñ÷èòàþò, ÷òî ïîòðåáëåíèå äèîêñèäà òèòàíà òåñíî ñâÿçàíî ñ æèçíåííûì óðîâíåì â ñòðàíå.

 Äèîêñèä òèòàíà, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ êàê ïèãìåíò â êðàñêå, îòëè÷àåòñÿ îò äèîêñèäà òèòàíà, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ êàê ôîòîêàòàëèçàòîð.

Äèîêñèä òèòàíà ÿâëÿåòñÿ ïîëóïðîâîäíèêîì è ñòàíîâèòñÿ õèìè÷åñêè àêòèâíûì òîëüêî ïîñëå åãî îáëó÷åíèÿ óëüòðàôèîëåòîâûì ñâåòîì. Äëèòåëüíîå âðåìÿ õèìè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü äèîêñèäà òèòàíà ïîä âîçäåéñòâèåì óëüòðàôèîëåòîâîãî ñâåòà áûëà ïðîáëåìîé, êîòîðóþ íåîáõîäèìî áûëî ðåøèòü, êîãäà TiO2 èñïîëüçîâàëñÿ êàê áåëûé ïèãìåíò â êðàñêå, òàê êàê êðàñêà ìîãëà ìåíÿòü ñâîé öâåò.

Ñ äðóãîé ñòîðîíû, äèîêñèä òèòàíà êàê ôîòîêàòàëèçàòîð ïîçâîëÿåò ýòîé àêòèâíîñòè èãðàòü ïîëîæèòåëüíóþ ðîëü, à èìåííî, ðàçëàãàòü òàêèå ìàòåðèàëû, êàê ãðÿçü, ñàæà, õèìè÷åñêèå ïðåïàðàòû è ðàçäðàæèòåëè, òîêñè÷åñêèå ïðåïàðàòû, çàïàõ äûìà ñèãàðåò, áàêòåðèè èëè îðãàíè÷åñêèå ìàòåðèàëû. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ìîæíî îæèäàòü, ÷òî ðàçðàáîòêà ôîòîêàòàëèòè÷åñêèõ òåõíîëîãèé íà îñíîâå TiO2 ñêîðî ñòàíåò íîâîé îòðàñëüþ ïðîìûøëåííîñòè óæå â ýòîì ñòîëåòèè.

Íàó÷íîå èçó÷åíèå ôîòîêàòàëèçà íà TiO2-ïîêðûòèÿõ íà÷àëîñü îêîëî 30 ëåò íàçàä. Çà ýòî âðåìÿ íàïðàâëåíèå íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé ìåíÿëîñü íåñêîëüêî ðàç. Ïåðâîíà÷àëüíî, ôîòîêàòàëèòè÷åñêóþ ñïîñîáíîñòü äèîêñèäà òèòàíà ïûòàëèñü ïðèìåíèòü äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà èç âîäû, çàòåì ïðèñòàëüíîå âíèìàíèå ïðèâëåêëà ñïîñîáíîñòü TiO2-ïîêðûòèÿ óíè÷òîæàòü âèðóñû è ðàêîâûå êëåòêè, ðàçëàãàòü îðãàíè÷åñêèå çàãðÿçíåíèÿ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ óæå áîëåå 1000 ôèðì, èñïîëüçóÿ óíèêàëüíûå ñâîéñòâà TiO2-ïîêðûòèÿ, ñîçäàþò òåõíîëîãèè è îáîðóäîâàíèå äëÿ î÷èñòêè âîçäóõà è âîäû.

Íàïðèìåð, ýòî ïîêðûòèå ìîæåò çàùèòèòü ñòåêëà, èñïîëüçóåìûå íà îñâåòèòåëüíûõ ïðèáîðàõ â òóííåëÿõ, îò çàãðÿçíåíèÿ âûõëîïíûìè ãàçàìè àâòîìîáèëüíîãî òðàíñïîðòà. Ãðÿçü è ñàæà íå çàäåðæèâàåòñÿ íà áðåçåíòå, êîòîðûé ïîêðûâàåò êðûøó Tokyo Dome (Òîêèî). Çäàíèÿ Îïåðû â Ñèäíåå (Sydney Opera House) íå î÷èùàëîñü áû äîæäåâîé âîäîé, åñëè áû íà êðûøå íå áûëî TiO2-ïîêðûòèÿ. Èñïîëüçóÿ òó æå òåõíîëîãèþ, ìîæíî óáåðå÷ü âåòðîâûå ñòåêëà, çåðêàëà è î÷êè îò «çàïîòåâàíèÿ» âîäÿíûì ïàðîì. TiO2, êàê ôîòîêàòàëèçàòîð, ïðîÿâëÿþò èçóìèòåëüíûå áàêòåðèöèäíûå è äåçèíôèöèðóþùèå ñâîéñòâà.

 Ïðèâåäåííûå âûøå ïðèìåðû èñïîëüçîâàíèÿ äèîêñèäà òèòàíà ïîêàçûâàþò, íàñêîëüêî ðàçëè÷íû ôóíêöèè ôîòîêàòàëèçàòîðîâ íà îñíîâå TiO2. Íîâøåñòâà â ðàçâèòèè òåõíîëîãèè ôîòîêàòàëèçà ìîãóò èçìåíèòü âîñïðèÿòèå ëþäåé, êàê î ÷èñòîòå, òàê è îá î÷èñòêå îêðóæàþùåé ñðåäû.

×òî ìîæåò ïîñëóæèòü òîìó ïðè÷èíîé?


Ñîâðåìåííûå ìåòîäû î÷èñòêè áàçèðóþòñÿ íà ïðåäîòâðàùåíèè íåêîíòðîëèðóåìîãî ïîïàäàíèÿ îòõîäîâ, ïðåæäå âñåãî, â âîçäóõ, âîäó è ïî÷âó.

Îáùåïðèíÿòûìè ìåòîäàìè î÷èñòêè è äåçèíôåêöèè ÿâëÿåòñÿ õëîðèðîâàíèå è îçîíèðîâàíèå, èñïîëüçîâàíèå áàêòåðèöèäíûõ ëàìï, ïðèìåíåíèå ðàçëè÷íûõ ôèëüòðîâ, èñïîëüçîâàíèå âûñîêèõ òåìïåðàòóð èëè äåçèíôèöèðóþùèõ âåùåñòâ. Âñå ýòè ìåòîäû èìåþò èçáèðàòåëüíîå äåéñòâèå, ò.å. îíè íå â ñîñòîÿíèè îáåçâðåäèòü âñå ãðóïïû ìèêðîîðãàíèçìîâ èëè óñòðàíèòü õèìè÷åñêèå çàãðÿçíåíèÿ. È, ïîñëåäíåå, ïîñëå òîãî êàê «âðåäíûå» âåùåñòâà óæå «ïîéìàíû» ðàçëè÷íûìè ôèëüòðàìè íåîáõîäèìî ðåøèòü, à êóäà æå äåòü îòëîâëåííóþ ãàäîñòü.

Èìåííî ïî ýòîé ïðè÷èíå ïðèñòàëüíîå âíèìàíèå ñïåöèàëèñòîâ, ðàáîòàþùèõ â îáëàñòè îõðàíû îêðóæàþùåé ñðåäû, ñîñðåäîòî÷åíî íà ïîèñêå ïðîöåññîâ è ìåòîäîâ, ïîçâîëÿþùèõ ïðåîáðàçîâûâàòü âðåäíûå âåùåñòâà â áåçîïàñíûå êîìïîíåíòû, à çàîäíî è óíè÷òîæèòü ïàòîëîãè÷åñêèå ìèêðîîðãàíèçìû.

Èñïîëüçîâàíèå ôîòîêàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ èëè ãåòåðîãåííîãî ôîòîêàòàëèçà ïîçâîëÿåò ðåøàòü îáå óïîìÿíóòûå çàäà÷è îäíîâðåìåííî.

Ãåòåðîãåííûé ôîòîêàòàëèç – áåçîïàñíûé è âûñîêîýôôåêòèâíûé ñïîñîá ðàçëîæåíèÿ âåùåñòâ è ìèêðîîðãàíèçìîâ äî àáñîëþòíî áåçâðåäíûõ êîìïîíåíòîâ ïîä äåéñòâèåì ñâåòà â ïðèñóòñòâèè êàòàëèçàòîðà.  êà÷åñòâå êàòàëèçàòîðà èñïîëüçóþòñÿ øèðîêî èçâåñòíûå ïîëóïðîâîäíèêè íà îñíîâå îêñèäîâ ìåòàëëîâ (TiO2, ZnO, Fe2O3 è äð.).

 áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ â êà÷åñòâå êàòàëèçàòîðà èñïîëüçóåòñÿ TiO2, êàê íàèáîëåå óñòîé÷èâîå, íåäîðîãîå è áåçîïàñíîå, õèìè÷åñêè è áèîëîãè÷åñêè èíåðòíîå ñîåäèíåíèå, îáëàäàþùåå íàèáîëüøåé ôîòîêàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ ïðè îñâåùåíèè íàòóðàëüíûì èëè èñêóññòâåííûì ñâåòîì.

Ïåðâûìè ïðîöåññ ôîòîêàòàëèòè÷åñêîãî ðàñùåïëåíèÿ âîäû äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà íà TiO2 ýëåêòðîäàõ îïèñàëè Fujishima è Honda â 1972.

 1985 ãîäó Matsunaga ñ ñîòðóäíèêàìè âïåðâûå ñîîáùèëè î áàêòåðèöèäíîé àêòèâíîñòè TiO2. Ñ ýòîãî âðåìåíè  èññëåäîâàíèÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè ïîëó÷èëî øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå âî âñåì ìèðå.

Çà ïîñëåäíèå ãîäû òûñÿ÷è õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, áîëüøèíñòâî èç êîòîðûõ çàíåñåíû â ñïèñîê îñíîâíûõ çàãðÿçíÿþùèõ âåùåñòâ è òîêñèíîâ, âèðóñîâ è ðàêîâûõ êëåòîê áûëè òåñòèðîâàíû íà âîçìîæíîñòü èõ îêèñëåíèÿ â ïðîöåññå ãåòåðîãåííîãî êàòàëèçà. Ëó÷øå âñåãî èçó÷åíû: óãëåâîäîðîäû è èõ ïðîèçâîäíûå, ñïèðòû, ýôèðû, ôåíîëû, àëüäåãèäû, êèñëîòû.

Îñíîâíóþ ðîëü â ïðîöåññå ðàñùåïëåíèÿ âåùåñòâ íà ïîâåðõíîñòè ôîòîêàòàëèçàòîðà ïîä äåéñòâèåì ñâåòà èãðàåò îáðàçîâàíèå ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà – ýëåêòðîíîâ è äûðîê ïðè îáëó÷åíèè ïîâåðõíîñòè ôîòîêàòàëèçàòîðà (TiO2) ñâåòîì ñ äëèíîé âîëíû ìåíåå 390 íì.

 Ïðîöåññû ðàçëîæåíèÿ ïðîèñõîäÿò ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå è íå òðåáóþò ïðèìåíåíèÿ îïàñíûõ è äîðîãîñòîÿùèõ ïðåïàðàòîâ, à â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ñâåòà ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ñòàíäàðòíûå ëàìïû äíåâíîãî ñâåòà ëèáî íàòóðàëüíûé ñîëíå÷íûé ñâåò.

Ôîòîêàòàëèòè÷åñêîå ðàçðóøåíèå âåùåñòâà ïðèìåíÿþò â ñëó÷àÿõ, êîãäà òðàäèöèîííûå ñðåäñòâà î÷èñòêè íå ïîìîãàþò, â ÷àñòíîñòè, ïðè óíè÷òîæåíèè ïåñòèöèäîâ, îòõîäîâ âîåííûõ ïðåäïðèÿòèé (òÿæåëûå ìåòàëëû, àâèàöèîííîå òîïëèâî, îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà, îáåçæèðèâàþùèå àãåíòû è äðóãèå õèìè÷åñêèå ïîáî÷íûå ïðîäóêòû îò ïðîèçâîäñòâà îðóæèÿ) èëè õèìè÷åñêèõ êðàñèòåëåé. Ïîëîæèòåëüíûå ðåçóëüòàòû áûëè äîñòèãíóòû ïðè î÷èñòêå âîäû îò ýêñòðàãåíîâ (ïîëîâûå ãîðìîíû, èñïîëüçóþùèåñÿ ïðè ïðîèçâîäñòâå ìíîãèõ ìåäèêàìåíòîâ), êîòîðûå âûçûâàþò ñåðüåçíûå íàðóøåíèÿ â ðàçâèòèè æèâûõ îðãàíèçìîâ èëè ðîñò ðàêîâûõ çàáîëåâàíèé ó ëþäåé.

Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìèêðîîðãàíèçìîâ ê ôîòîêàòàëèòè÷åñêîìó ðàñùåïëåíèþ óìåíüøàåòñÿ â ñëåäóþùåì ïîðÿäêå:

• âèðóñû;

• áàêòåðèè;

• ñïîðû áàêòåðèé.

Çà ïîñëåäíèå ãîäû ôîòîêàòàëèòè÷åñêèå ïëåíêè TiO2 ñòàíîâÿòñÿ âñå áîëåå è áîëåå ïðèâëåêàòåëüíûìè äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ðàçëè÷íûõ îáëàñòÿõ, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ïðè ñîçäàíèè äîïîëíèòåëüíûõ èëè îñíîâíûõ ôèëüòðîâ äëÿ äåçèíôåêöèè è î÷èñòêè âîäû è âîçäóõà.

Ïîìèìî áàêòåðèöèäíîãî äåéñòâèÿ TiO2 îáëàäàåò òàêæå ñïîñîáíîñòüþ ê ñàìîî÷èùåíèþ.

 ïîñëåäíåå âðåìÿ îñîáîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ñîçäàíèþ ñàìîî÷èùàþùèõñÿ è îáëàäàþùèõ ïðîòèâîòóìàííûì ýôôåêòîì ïîâåðõíîñòåé ñ ïîêðûòèåì èç TiO2.


ÍÀ ×ÅÌ ÎÑÍÎÂÀÍÛ ÑÂÎÉÑÒÂÀ ÏÎÊÐÛÒÈß Ê ÑÀÌÎÎ×ÈÙÅÍÈÞ?


Ïîâåðõíîñòü ëþáûõ ìàòåðèàëîâ îáû÷íî îòòàëêèâàåò âîäó. Ñòåïåíü îòòàëêèâàíèÿ âîäû âåùåñòâîì ìîæíî âûðàçèòü ñ ïîìîùüþ êîíòàêòíîãî óãëà êàïëè âîäû ê ïîâåðõíîñòè. Íà ñòåêëå èëè äðóãèõ íåîðãàíè÷åñêèõ ìàòåðèàëàõ, âîäà èìååò êîíòàêòíûé óãîë, êîëåáëþùèéñÿ îò 30 äî 90 ãðàäóñîâ. Ó ïëàñòèêà êîíòàêòíûé óãîë îáû÷íî îò 70 äî 80 ãðàäóñîâ. Ó âîäîîòòàëêèâàþùåãî ïëàñòèêà óãîë ìîæåò ïðåâûøàòü 80 ãðàäóñîâ.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ íåèçâåñòíû âåùåñòâà, íà ïîâåðõíîñòè êîòîðûõ óãîë íàêëîíà êàïëè âîäû áûë ìåíåå 10 ãðàäóñîâ. È òîëüêî ïëåíêà èç äèîêñèäà òèòàíà ìîæåò ïîõâàñòàòüñÿ òàêèìè ðåçóëüòàòàìè.

Òîíêàÿ ïëåíêà, ñîñòîÿùàÿ èç TiO2 ôîòîêàòàëèçàòîðà, â ñî÷åòàíèè ñ ïîäõîäÿùèìè äîáàâêàìè äåìîíñòðèðóåò íà÷àëüíûé êîíòàêòíûé óãîë äëÿ âîäû îò 30 äî 80 ãðàäóñîâ. Íà ýòîé æå ïîâåðõíîñòè, êîãäà åå ïîäâåðãàþò óëüòðàôèîëåòîâîìó îáëó÷åíèþ, êàïëÿ âîäû ìåíÿåò êîíòàêòíûé óãîë. Óãîë ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ è ïîñëå 4…24 ÷àñîâ îáëó÷åíèÿ äîñòèãàåò ïî÷òè íóëÿ ãðàäóñîâ. Íà ýòîì ýòàïå, ïîâåðõíîñòü èç ãèäðîôîáíîé (áîÿùåéñÿ âîäû) ñòàíîâèòñÿ ïîëíîñòüþ ãèäðîôèëüíîé (ëþáÿùåé âîäó) è òàêóþ ïîâåðõíîñòü íàçûâàþò “ñóïåðãèäðîôèëüíîé”.

Ïîâåðõíîñòü ñîõðàíÿåò íåáîëüøîé êîíòàêòíûé óãîë äëÿ âîäû â òå÷åíèå 1-2 äíåé áåç äîïîëíèòåëüíîãî îáëó÷åíèÿ óëüòðàôèîëåòîâûìè ëó÷àìè. Çàòåì êîíòàêòíûé óãîë ìåäëåííî óâåëè÷èâàåòñÿ, è ïîâåðõíîñòü ñòàíîâèòñÿ ñíîâà ãèäðîôîáíîé. Íî, «ñóïåðãèäðîôèëüíîñòü» ëåãêî âîññòàíàâëèâàåòñÿ ïðè ïîñëåäóþùåì âîçäåéñòâèè íà ïîâåðõíîñòü óëüòðàôèîëåòîâûì ñâåòîì. Êîðî÷å ãîâîðÿ, TiO2-ïîêðûòèå ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííî èçâåñòíûì ïðàêòè÷åñêèì «ñóïåðãèäðîôèëüíûì» ìàòåðèàëîì, êîòîðûé äåìîíñòðèðóåò ñâîè ñòàáèëüíûå ñâîéñòâà.


ÏÐÈÍÖÈÏ ÄÅÉÑÒÂÈß ÒiÎ2 ÊÀÊ ÔÎÒÎÊÀÒÀËÈÇÀÒÎÐÀ


ÒiÎ2 – ïîëóïðîâîäíèêîâîå ñîåäèíåíèå. Ñîãëàñíî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì, â òàêèõ ñîåäèíåíèÿõ ýëåêòðîíû ìîãóò íàõîäèòüñÿ â äâóõ ñîñòîÿíèÿõ – ñâîáîäíîì è ñâÿçàííîì.  ïåðâîì ñîñòîÿíèè ýëåêòðîíû äâèæóòñÿ ïî êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå, îáðàçîâàííîé êàòèîíàìè Òi4+ è àíèîíàìè êèñëîðîäà O2-. Âî âòîðîì ñîñòîÿíèè – îñíîâíîì, ýëåêòðîíû ñâÿçàíû ñ êàêèì-ëèáî èîíîì êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè è ó÷àñòâóþò â îáðàçîâàíèè õèìè÷åñêîé ñâÿçè. Äëÿ ïåðåâîäà ýëåêòðîíà èç ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ â ñâîáîäíîå ñîñòîÿíèå, íåîáõîäèìî çàòðàòèòü ýíåðãèþ íå ìåíåå 3,2 ýÂ. Ýòà ýíåðãèÿ ìîæåò áûòü äîñòàâëåíà êâàíòàìè ñâåòà ñ äëèíîé âîëíû < 390 íì (óëüòðàôèîëåòîâîå èçëó÷åíèå). Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïîãëîùåíèè ñâåòà â îáúåìå ÷àñòèöû ÒiÎ2 ðîæäàþòñÿ ñâîáîäíûé ýëåêòðîí è ýëåêòðîííàÿ âàêàíñèÿ (â ôèçèêå ïîëóïðîâîäíèêîâ òàêàÿ ýëåêòðîííàÿ âàêàíñèÿ íàçûâàåòñÿ äûðêîé).

Ýëåêòðîí è äûðêà – äîñòàòî÷íî ïîäâèæíûå îáðàçîâàíèÿ è, äâèãàÿñü â ÷àñòèöå ïîëóïðîâîäíèêà, ÷àñòü èç íèõ ðåêîìáèíèðóåò (âîçâðàùàåòñÿ â ñâÿçàííîå ñîñòîÿíèå), à ÷àñòü âûõîäèò íà ïîâåðõíîñòü è çàõâàòûâàåòñÿ åþ.

Çàõâà÷åííûå íà ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîí è äûðêà, ÿâëÿþòñÿ âïîëíå êîíêðåòíûìè õèìè÷åñêèìè ÷àñòèöàìè. Õèìè÷åñêè îíè ÷ðåçâû÷àéíî àêòèâíû.

 òåðìèíàõ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûõ ïîòåíöèàëîâ ðåàêöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü ýëåêòðîíà è äûðêè íà ïîâåðõíîñòè ÒiÎ2 õàðàêòåðèçóåòñÿ ñëåäóþùèìè âåëè÷èíàìè: ïîòåíöèàë ýëåêòðîíà -0,1 Â, ïîòåíöèàë äûðêè ~ +3  îòíîñèòåëüíî íîðìàëüíîãî âîäîðîäíîãî ýëåêòðîäà. Èíûìè ñëîâàìè, ýëåêòðîí ñïîñîáåí ðåàãèðîâàòü ñ êèñëîðîäîì, ðîæäàÿ ìîùíûå îêèñëèòåëüíûå ðàäèêàëû O- è ÎÍ.

Äûðêà ðåàãèðóåò ëèáî ñ âîäîé, ëèáî ñ ëþáûì àäñîðáèðîâàííûì îðãàíè÷åñêèì (â ðÿäå ñëó÷àåâ è íåîðãàíè÷åñêèì) ñîåäèíåíèåì.

ÎÍ- èëè Î- ðàäèêàëû òàêæå ñïîñîáíû îêèñëèòü ëþáîå îðãàíè÷åñêîå ñîåäèíåíèå. È òàêèì îáðàçîì, ïîâåðõíîñòü ÒiÎ2 ïîä ñâåòîì ñòàíîâèòñÿ ñèëüíåéøèì îêèñëèòåëåì.

Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðåàêöèé â ïëåíêå ÒiÎ2 ïðîõîäèò íåñêîëüêî ñòàäèé:

• ïîãëîùåíèå ñâåòà – ðîæäåíèå ýëåêòðîí - äûðî÷íûõ ïàð;

• äèôôóçèÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê ê ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà;

• îáúåìíàÿ ðåêîìáèíàöèÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê;

• ïîâåðõíîñòíàÿ ðåêîìáèíàöèÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê;

• ïîëåçíûå ðåàêöèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê ñ àäñîðáèðîâàííûìè ìîëåêóëàìè.

Ê ñîæàëåíèþ, ê íàñòîÿùåìó ìîìåíòó íåò íàäåæíûõ îáúÿñíåíèé, ñâÿçûâàþùèõ àêòèâíîñòü ÒiÎ2-ïîêðûòèÿ ñ åãî ñâîéñòâàìè. Èç ïðàêòèêè èçâåñòíî, ÷òî íàèáîëüøåé ôîòîêàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ îáëàäàþò îáðàçöû ÒiÎ2 ñ êðèñòàëëè÷åñêîé ìîäèôèêàöèåé àíàòàçà è íå ñîäåðæàùèå áîëüøîãî ÷èñëà ïðèìåñåé. Ïîýòîìó èçãîòîâëåíèå àêòèâíîãî ÒiÎ2-ïîêðûòèÿ  – ïðåäìåò îïûòà êàæäîé êîìïàíèè. Òåì íå ìåíåå, ïðàêòè÷åñêè âñå, êòî çàíèìàåòñÿ ïðèêëàäíûì ôîòîêàòàëèçîì, îáëàäàþò îðèãèíàëüíûìè ìåòîäèêàìè ñèíòåçà âûñîêîàêòèâíîãî ÒiÎ2.

Ñ íàó÷íîé æå òî÷êè çðåíèÿ, èññëåäîâàíèå ïðèðîäû ôîòîêàòàëèòè÷åñêîãî ýôôåêòà, ìåõàíèçìà äåéñòâèÿ ôîòîêàòàëèçàòîðîâ ÷ðåçâû÷àéíî èíòåðåñíî.  1998 ãîäó åæåìåñÿ÷íî âûõîäèëî îêîëî 150 ïóáëèêàöèé, ïîñâÿùåííûõ ôîòîêàòàëèçó. Ïîìèìî ÷èñòî ïðèêëàäíûõ ðàáîò ðàñòåò ÷èñëî ïóáëèêàöèé, â êîòîðûõ ñîîáùàåòñÿ îá èññëåäîâàíèè ôîòîêàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ðàçëè÷íûìè ôèçè÷åñêèìè ìåòîäàìè. Íàèáîëåå ïëîäîòâîðíû çäåñü ìåòîäû ÝÏÐ (ýëåêòðîííîãî ïàðàìàãíèòíîãî ðåçîíàíñà) è ÈÊ (èíôðàêðàñíîé) ñïåêòðîñêîïèè, êîòîðûå ïîçâîëÿþò ðåãèñòðèðîâàòü ïðîìåæóòî÷íûå ïðîäóêòû ïðåâðàùåíèÿ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé íà ïîâåðõíîñòè ÒiÎ2 è â ðÿäå ñëó÷àåâ èäåíòèôèöèðîâàòü çàõâà÷åííûå ýëåêòðîí è äûðêó.

Îäíàêî äî ñèõ ïîð íåâîçìîæíî îòâåòèòü íà âîïðîñ, ïî÷åìó áëèçêèå ïî ñâîéñòâàì (áëèçêèé ðàçìåð ÷àñòèö, îäèíàêîâàÿ êðèñòàëëè÷åñêàÿ ìîäèôèêàöèÿ) îáðàçöû ÒiÎ2 ìîãóò ñèëüíî ðàçëè÷àòüñÿ ïî ôîòîêàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè. Íàïðèìåð, áåëàÿ êðàñêà íà êóçîâå àâòîìîáèëÿ ñîñòîèò èç äèîêñèäà òèòàíà, íî ãèäðîôèëüíûìè èëè êàòàëèòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè íå îáëàäàåò.

Ôàêòè÷åñêè ôîòîêàòàëèç äàåò óíèêàëüíóþ âîçìîæíîñòü ãëóáîêî îêèñëÿòü îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ â ìÿãêèõ óñëîâèÿõ. À ïðîñòîòà ñàìèõ óñòðîéñòâ ïîçâîëÿåò íàäåÿòüñÿ íà ïðåêðàñíûå ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ ôîòîêàòàëèçà íà ïðàêòèêå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ê øèðîêîìó âûïóñêó ôîòîêàòàëèòè÷åñêèõ î÷èñòèòåëåé âîçäóõà ïðèñòóïèëè òàêèå èçâåñòíûå ôèðìû êàê Toshiba, Sharp, ÒÎÒÎ.

Åùå îäíî ïðèìåíåíèå ÒiÎ2-ïîêðûòèÿ ñâÿçàíî ñ óñòðàíåíèåì çàïîòåâàíèÿ ñòåêëà èëè çåðêàë.

Çàïîòåâàíèå ñòåêëà ñâÿçàíî ñ ïëîõîé ñìà÷èâàåìîñòüþ ïîâåðõíîñòè, òî åñòü îáðàçîâàíèåì íà ïîâåðõíîñòè ñëîÿ ìåëêèõ êàïåëåê âîäû, ðàññåèâàþùèõ ñâåò. Ïîâåðõíîñòü ñòåêëà èëè çåðêàëà ÷àùå âñåãî ïëîõî ñìà÷èâàåòñÿ èç-çà çàãðÿçíåíèÿ îðãàíè÷åñêèìè âåùåñòâàìè, êîòîðûå ïîïàäàþò íà íèõ èç âîçäóõà èëè ïðè êàñàíèè, íàïðèìåð, ðóêàìè. Òîíêàÿ ïðîçðà÷íàÿ ïëåíêà ôîòîàêòèâíîãî ÒiO2 ïîä äåéñòâèåì ñâåòà ðàçðóøàåò îðãàíè÷åñêèå çàãðÿçíèòåëè, ïîâåðõíîñòü õîðîøî ñìà÷èâàåòñÿ, è âîäà, ïîïàäàþùàÿ íà òàêóþ ïîâåðõíîñòü, íå ñîáèðàåòñÿ â êàïåëüêè, à ðàñòåêàåòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè, à çàòåì èñïàðÿåòñÿ áåç ïîÿâëåíèÿ ïÿòåí è ïîëîñ. Ãëàçîì íàëè÷èå òàêîé ïëåíêè îáíàðóæèòü íåâîçìîæíî. Èíòåðåñíî íàáëþäàòü, êàê ñ îäíîé ïîëîâèíû çåðêàëà ñ ÒiÎ2-ïîêðûòèåì çàïîòåâàíèå èñ÷åçàåò â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ñåêóíä, à íà âòîðîé ïîëîâèíå äîëãî ñîõðàíÿåòñÿ, åñëè ïîäûøàòü íà ýòî îõëàæäåííîå çåðêàëî. Âûïóñê òàêèõ çåðêàë áóäåò îñâîåí â áëèæàéøåì áóäóùåì.

Èç âûøåñêàçàííîãî ñëåäóåò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ïîêðûòèé, ñîäåðæàùèõ äèîêñèä òèòàíà (TiO2) ïîçâîëÿåò îäíîâðåìåííî äåçèíôèöèðîâàòü è î÷èùàòü âîçäóõ è âîäó ïðàêòè÷åñêè îò âñåõ âðåäíûõ ïðèìåñåé. Ôîòîêàòàëèç íå òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ äîðîãèõ îêèñëèòåëåé (îêèñëèòåëåì ÿâëÿåòñÿ àòìîñôåðíûé êèñëîðîä - Î2), êàòàëèçàòîð (TiO2) - áåçîïàñíîå, íåäîðîãîå, óñòîé÷èâîå ñîåäèíåíèå. Ñâåò, íåîáõîäèìûé äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ îêèñëåíèÿ, ìîæåò áûòü íàòóðàëüíûì èëè èñêóññòâåííûì. Ïðîöåññ íå òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ è îïàñíûõ ðåàãåíòîâ.

Íà äàííûé ìîìåíò ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî çàðóáåæíûõ ôèðì, âûïóñêàþùèõ â ïðîìûøëåííûõ ìàñøòàáàõ ñàìîî÷èùàþùèåñÿ ñòåêëà è êåðàìè÷åñêóþ ïëèòêó ñ TiO2-ïîêðûòèåì – ýòî AFG Industries, Pilkington, PPG Industries, Deutsche Steinzeug Keramik. Êîìïàíèÿ Pilkington lnc. ïðåäñòàâëÿåò ñâîå ñàìîî÷èùàþùååñÿ ñòåêëî ïîä òîðãîâîé ìàðêîé - Pilkington Activ™.


Ñòàòüè â òåìó:
200-0-800
© 1993—2013 «Òåõíîëó÷». Âñå ïðàâà çàùèùåíû. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìàòåðèàëîâ ñàéòà ññûëêà îáÿçàòåëüíà.