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Physikalisch-chemische und mikrobiologische Wirkung gesputterter photokatalytischer Titanoxid-Schichten

 
: Frach, P.; Glöß, D.; Vergöhl, M.; Hund-Rinke, K.; Trick, I.

:

Vakuum in Forschung und Praxis 19 (2007), Nr.6, S.20-27
ISSN: 0947-076X
ISSN: 1522-2454
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer FEP ()
Fraunhofer IST ()
Fraunhofer IME ()
Fraunhofer IGB ()
Puls-Magnetron-Sputtern; Titanoxidschicht; Schichtstruktur

Abstract
Kristalline TiO2-Schichten können aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften für verschiedenste Anwendungen Einsatz finden. Schichten der Rutil-Modifikation weisen einen hohen Brechungsindex und eine hohe Härte auf und sind daher für optische Anwendungen und als transparente Kratzschutzschicht interessant. Sowohl Anatas als auch Rutil sind Fotohalbleiter und zeigen photokatalytische, photoinduziert hydrophile und Antibeschlag-Eigenschaften. Für die Abscheidung der TiO2-Schichten wurde ein spezielles Puls-Magnetron-Sputtersystem (PMS-System) entwickelt. Titanoxidschichten mit unterschiedlichem Anteil der kristallinen Phasen Rutil und Anatas wurden bei einer dynamischen Beschichtungsrate von etwa 45 nm\'01m/min abgeschieden (entspricht etwa 160 nm/ min in einer stationären Beschichtungsanlage). Weiterhin gelang die anionische Dotierung der Schichten durch Stickstoff sowie die kationische Dotierung durch verschiedene Metalle. Die Schichtstruktur wurde durch XRD-Untersuchungen aufgeklärt. An den Schichten wurden weiterhin verschiedene Eigenschaften untersucht, die an die zugrunde liegenden Effekte photoinduzierte Hydrophilie und Photokatalyse geknüpft sind. Dazu gehören die photoinduzierte Abnahme des Wasserkontaktwinkels, die Zersetzung von Methylenblau und Lumogen-Orange sowie die Algen hemmende und antimikrobielle Wirkung. Diese Eigenschaften lassen sich durch Dotierung teilweise signifikant gegenüber reinen TiO2-Schichten verbessern. Darüber hinaus zeigten einige der dotierten Schichten eine hohe Aktivität auch bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht ohne UV-Anteil.

 

Crystalline TiO2 layers show interesting properties for different applications. Rutile layers can be used as optical layers with high refractive index and as transparent protective layers with good mechanical properties. Both, anatase and rutile are photo-semiconductors and exhibit in a different degree photocatalytic, photo-induced hydrophilic and antifogging properties.
For a better control of the TiO2 deposition and thin film properties a special deposition system has been developed: a reactive pulse magnetron sputtering (PMS) system. Layers with different content of crystalline phases were deposited at dynamic deposition rates of about 45 nm·m/min (corresponding to about 160 nm/min in a stationary coating system). Moreover, the anionic doping of the layers succeeded by nitrogen as well as the cationic doping by different metals.
The layer structure was determined by XRD. Furthermore, the following properties connected with photo-induced hydrophilicity or photocatalysis were studied: the photo-induced decrease of the water contact angle, the decomposition of methylene blue and lumogen orange as well as the inhibition of algae and bacteria. By doping the layers some of these properties can be improved significantly in comparison to undoped titanium oxide. Some doped layers showed a high activity also under visible irradiation only without UV.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-67104.html