مزایا و زمینه های استفاده TiO2 (تیتانیوم دی اکسید)

اثرخود تمیز شوندگی

برای پی بردن به خاصیت خود تمیز شوندگی دو اثر فوق آب دوستی و فوق آب گریزی را بایستی شناخت. از سطوح آب گریز می توان برگ گیاه نیلوفر آبی و یا کاشی را مثال زد. و یا با استفاده از مواد آب دوست تولید شده، در اثر فعالیت فوتوکاتالیست نیمه هادی TiO2 پوشش شیشه ای، کاشی سرامیک و مواد پلاستیکی تهیه شده است. اگر این مواد دارای پوشش TiO2در معرض نور قرار بگیرند، روغن و آلودگی های آلی را که روی آن قرار گرفته اند راتجزیه می کنند و اگر در تماس با آب قرار بگیرد به راحتی توسط آب باران شست و شو داده می شود. خیس کردن سطح جامد با آب، جایی که هوای متوسطی اطراف آن وجود دارد به زاویه ی تماسی θ)زاویه ی بین قطره آب و سطح مربوط می شود. زاویه ی تماسی صفر خیسی کامل (قطره آب به صورت یک لایه در روی سطح آب پخش شود) و زاویه ی تماسی 180 درجه مربوط به غیر خیسی کامل(قطره آب به صورت یک کره کامل روی سطح باقی می ماند) است.

سطح آب گریز با رطوبت پذیری کم و زاویه ی تماس حدود 100 درجه برای مدت طولانی شناخته شده بود، افزایش این زاویه باعث کاهش چسبندگی می شود و کاهش زاویه ی تماس منجر به مقادیر بزرگ تری از چسبندگی می شود. دفع آب از سطح گیاه برای سال ها شناخته شده بود، این سطوح دافع آب از سطح گیاه خاصیت خود تمیز شونده ای ایجاد می کند که برای مدت ها به طور کامل نادیده گرفته شده بود.

اخیراً دانشمندان ارتباط بین جزئیات ریزساختارها و خیسی، و هم چنین از بین بردن آلاینده ها را با استفاده از برگ های نیلوفر آبی مورد بررسی و اثبات قرار داده اند. نام این اثر، اثر لوتوس است زیرا می توان آن را به زیبایی با برگهای بزرگ گیاه نیلوفر آبی نشان داد. روش تمیز کردن بر اساس زاویه ی کم از زمان کشف صابون شناخته شده بود (سه هزار سال پیش از میلاد) به طور کلی مواد شوینده باعث کاهش کشش سطحی و زاویه ی تماس می شوند. یکی دیگر از امکانات بسیار جالب از زاویه تماس کم بدون استفاده از مواد شوینده برای تمیزی سطوح، استفاده ازفیلم نازک فعال می باشد. در سال های گذشته استفاده از مواد پوشش داده شده با TiO2 مورد توجه قرار گرفته است. اگر TiO2از نوع آناتاز باشد موقعی که تحت تابش نور ماورای بنفش قرار می گیرد زاویه ی تماس کمتر از 1 درجه به دست می آید. این مواد دارای ویژگی منحصر به فرد جذب بیشتر به جای دفع آب دارند (فوق آب دوست) دی اکسید تیتانیم با تابش نور خاصیت آب دوستی پیدا می کند و آب بر روی سطح آن به صورت ورقه در می آید و در تاریکی خاصیت آب گریزی به خود می گیرد. البته تبدیل خاصیت آبدوستی به آبگریزی در تاریکی به حدود دو روز زمان نیاز دارد. علاوه بر این TiO2 در تابش نور ماورای بنفش خاصیت دیگری که توانایی اکسیدکنندگی و تجزیه بسیاری از انواع باکتری ها، مواد آلی و معدنی می شود را دارا می باشد. در ادامه اصول و کاربردهای بالقوه فوتوکاتالیست ها مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

با پوشش دادن مواد ساختمانی با فوتوکاتالیست های فوق آبدوست، آلودگی از روی دیوارها به آسانی با شستشو و یا باران برداشته می شود، و دیوارهای خارجی برای مدت طولانی تمیز نگه داشته می شوند. در اینجا دو اثر را باید در نظر داشت: اول سطح فوق آبدوست تمایل زیادی به آب نسبت به چربی دارد و دوم اینکه تابش ماورای بنفش به TiO2تشکیل جفت الکترون-حفره برای واکنش با اکسیژن و آب در محیط کمک می کند تا عوامل تمیزشوندگی بر روی سطوح مواد پوششی تشکیل شود. این عوامل رادیکا لهای (OH•, OOH•) می باشند که مولکول های بزرگ آلی را به قطعات کوچک تبدیل می کنند.

استفاده از نقش خود تمیز کنندگی در تونل ها
در اکثر تونل ها برای روشنایی از لامپ های سدیم که نور زرد را منتشر می کنند استفاده می شود منتهی به علت آلودگی هوا سریعا سطح خارجی لامپ کثیف و شدت نور آن کم می شود لامپ سدیم در ناحیه مرئی نشر قرار دارد ولی در حدود3 نور ماورای بنفش را نیز نشر می کند. از این خاصیت استفاده شده و با پوشش دادن TiO2بر روی سطح خارجی لامپ و اثر خود تمیز شوندگی لامپ و اثر فوتوکاتالیستی TiO2را باعث شده است، و می توان برای مدت زیادی از این لامپ ها استفاده کرد.

نقش ضد بخار

در شیشه و آینه های معمولی بخار آب باعث ماتی سطح آنها می شود. ولی در شیشه و آینه های که سطح آنها توسط یک لایه نازک TiO2 پوشش داده شده است به علت خاصیت آ بدوستی TiO2در حضور تابش نور به جای قطرات آب یک فیلم نازک و یکنواخت آب تشکیل می شود ودیگر حالت ماتی وجود نخواهد داشت. با پوشش TiO2بر روی سطوح این حالت فوق آبدوستی برای چندین روز تا یک هفته بدون تغییر باقی می ماند. بنابراین انتظار داریم با استفاده از این روش که فرایند راحت تر و ارزانتری است، شیشه های مختلف مثل آیینه ها، عینکها و وسایل دیگر با کمک این خاصیت، ضدبخار تولید شوند. امروزه آیینه های جانبی برخی اتومبیل ها به این سیستم ضد بخار مجهز شده است.

خاصیت ضد میکروبی اکسیدتیتانیوم

همانطور که در قسمت های قبل گفته شده است TiO2در اثر تابش نور می تواند گونه های OH• و O2• را تولید نماید. این ترکیبات به غشای خارجی باکتری ها که شامل فسفولیپید، پروتئین و LPS (لیپوفسفوساکارید) می باشد، حمله می کنند و باعث تخریب باکتری می شود. در روش دیگر یون های مس) به عنوان کمک کننده به خاصیت فتوکاتالیستی (در داخل ذرات TiO2 لایه نشانی می شود و مکانیزم تخریب باکتری و ورود مس به داخل سیتوپلاسم را داریم که عمل تخریب باکتری سریعتر و در تابش نورکمتر انجام می شود.

گونه های مسی که بر روی TiO2 لایه نشانی شده اند مخلوطی از فاز مس و یون های مس)Cu+, Cu+ 2( گزارش شده اند. موقعی که فیلم TiO2 /Cu مورد تابش قرار می گیرد یون های مس می توانند به فلز مس کاهش یابند و فلز مس می تواند به وسیله ی حفره و الکترون ها مرتبا به یون های مس اکسید شود. علاوه بر مس از نقره لایه نشانی شده بر روی TiO2 نیز برای از بین بردن میکروب ها استفاده شده است که نقره اثر ضد میکروبی بهتری را نشان داده است. امروزه استفاده از آجرهایی که برای کشتن باکتری ها به کار می روند می توانند در بیمارستان ها و وسایل مراقبتی برای کاهش شیوع عفونت و بیماری های خطرناک که سیستم ایمنی انسان را ضعیف می کند، مفید باشد. تعداد باکتری های دیواره ی اتاق عمل بعد از به کارگیری آجرهای فوتوکاتالیستی به عدد صفر کاهش پیدا کرد و باکتری های موجود در هوا نیز به میزان قابل توجهی تقلیل یافته است.