solutions de nanotechnologie pour l'auto-nettoyage, la saleté et les revêtements hydrofuges
matériaux de revêtement traditionnels souvent ne résistent pas à l'épreuve des exigences accrues à l'égard des matériaux aujourd'hui. Ces dernières années cependant, des progrès ont été réalisés en utilisant des méthodes attribuées aux nanotechnologies 1.
Fournir une réponse à la question où est la nanotechnologie utilisée aujourd'hui. ce qui suit donne un bref aperçu de la base de ces structures, les processus impliqués dans leur fabrication, les zones où ils peuvent être utilisés, et l'effet qu'ils ont sur l'environnement et la santé humaine.
Autonettoyante I - le "Lotus-effet"
L'usine de lotus (Nelumbo nucifera. Figure 1) est vénérée en Asie pour son exceptionnelle pureté. Bien qu'il pousse dans les eaux boueuses, ses feuilles apparaissent toujours impeccablement propre. Les feuilles des plantes sont superhydrophobes, à savoir gouttes de rouleau d'eau au large exempt de résidus, en prenant toutes les impuretés avec eux.
Dans la plupart des cas, cette forme d'auto-nettoyage ne sert pas tant pour protéger la plante contre la saleté comme des agents pathogènes (par exemple les spores fongiques, bactéries). Super-hydrophobie est une propriété qui est non seulement trouvé dans l'usine de lotus cependant, il est présent dans environ 300 autres espèces végétales ainsi. Les insectes aussi, comme les libellules et les papillons ont cette propriété sur la surface de leurs ailes
Le premier produit commercial réalisé en collaboration avec l'industrie était une peinture maison de résine de silicone qui a depuis été largement utilisé et dans lequel des nanoparticules de silicium forment surface micro-structurée 3. Autres produits « Lotus-effect® » comprennent tuiles en céramique, verre architectural et un pulvérisation à usage industriel qui rend temporairement les surfaces non-mouillable et autonettoyantes 4. des progrès sont également réalisés dans le développement des tissus d'ingénierie qui sont autonettoyantes.
surfaces de fabrication qui disposent d'un « Lotus-Effect® » est techniquement difficile et pose encore certains problèmes. À ce jour, il n'y a que quelques processus à faible coût qui peuvent produire les structures de surface à grande échelle.
Un exemple est l'application de structures « Lotus-effect® » dans les peintures de maison. En outre, les structures de surface requises peuvent être créés à partir de polymères hydrophobes tôt au stade de la fabrication ou de post-production par moulage, attaque chimique ou l'application d'une poudre à base de polymères hydrophobes ou de nanoparticules (par exemple, dioxyde de silicium). Une autre possibilité est l'hydrophobisation ultérieure d'une surface préalablement fabriqué, qui a les structures nécessaires 7.
utilisations et limitations possibles
La sensibilité de ces structures de surface à la charge mécanique qui les empêche d'être largement utilisé. Alors que la structure de l'usine de lotus se renouvelle en permanence, imitations technologiques ne sont pas cette capacité. Par conséquent, aucun des textiles d'habillement avec le produit ont été « Lotus-effet » - lavage dans une machine à laver détruiraient les structures de surface.
La saleté et hydrofuge nanotechnologie surfaces « facile à nettoyer »
Figure 4: Schéma d'une surface « facile à nettoyer ».
Le sol peut être appliqué à une grande variété de surfaces par des procédés industriels traditionnels tels que le revêtement par immersion, pulvérisation ou spin-coating. Les revêtements obtenus ne sont que quelques nanomètres mince et transparente - un avantage important par rapport aux autres matériaux de revêtement traditionnels tels que Teflon®, qui a une couleur foncée en raison de sa teneur en graphite. Ces revêtements peuvent par conséquent également être utilisés, par exemple, le verre. procédés sol-gel sont déjà utilisés dans l'industrie des véhicules à moteur pour produire des revêtements hydrofuges pour pare-brise ou des rétroviseurs extérieurs 14. Dans la fabrication industrielle des procédés le revêtement est brûlé dans les surfaces à des températures élevées, ce qui augmente leur durée de vie. En tant que sol peut également sécher à la température ambiante pour former une couche solide, surfaces telles que le verre de fenêtre peuvent également être traités post-production par le consommateur ou un fournisseur de service commercial (par exemple, des entreprises de nettoyage). Un certain nombre de liquides ou de sprays différents à cet effet sont disponibles dans le commerce. Ces revêtements sont cependant pas durables et doivent être renouvelés après une certaine période de temps. Malheureusement, les informations concernant les composants exacts des applications de post-production avec des propriétés « facile à nettoyer », qui peuvent être obtenus dans les magasins ou via Internet est rare que les fabricants prétendent souvent le droit du secret commercial. Il est donc généralement impossible de déterminer si les produits sont basés sur la nanotechnologie chimique dans chaque cas.
Auto-nettoyage II - photocatalytique du dioxyde de nanotitane (TiO 2)
À ce jour, autonettoyante photocatalytique 15 est probablement l'application la plus large diffusion attribué à la nanotechnologie dans l'industrie de la construction. Il existe déjà un grand nombre de bâtiments dans le monde entier qui ont été traités avec elle. Les propriétés photocatalytiques de TiO 2 ont été découverts comme il y a longtemps que 1967 par Akira Fujishima, chercheur à l'Université de Tokyo, et le phénomène est devenu connu sous le nom « Honda-Fujishima Effet ». La première maison avec des surfaces extérieures autonettoyantes était Fujishima propre 9.
revêtements photocatalytiques avec nano-TiO2 sont habituellement appliqués en même temps que le matériau lui-même est fabriqué en utilisant Chemical Vapor Deposition (CVD 23). Le revêtement est déjà utilisé non seulement dans des surfaces de verre, mais aussi en matières plastiques (PVC), des panneaux d'insonorisation, des tuiles, des tuiles ou des dalles en béton. Cependant par cette méthode, il est impossible de revêtir ces matériaux post-production. Dans le cas du vitrage, il est important de veiller à ce que les joints de silicium ne sont pas utilisés en tant que leurs huiles infiltrer sur le verre, la destruction des propriétés de surface hydrophiles et conduisant à des frottis inesthétiques formant neuf.
Environnement et santé
l'évaluation des risques actuels concluent qu'il ya très peu de probabilité d'un impact nocif sur l'environnement ou la santé humaine de revêtements dans lequel les nanoparticules sont solidement ancrées dans une matrice de revêtement, comme dans le cas de revêtements « facile à nettoyer ». Il y a eu jusqu'à présent aucune indication aussi des risques pour l'environnement ou la santé des surfaces revêtues du « Lotus-effet ». Une récente enquête sur la résistance à l'abrasion des structures d'essai qui avaient été recouvertes d'oxyde de zinc couches de nanoparticules a montré aucune fuite importante du matériau de revêtement 29. Il ne semble cependant possible que les nanoparticules sont libérées en raison des effets des intempéries sur le revêtement matrice, par exemple, où ils sont constitués de matériaux biodégradables. Une enquête par Kaegi et al. a montré que les peintures maison libérer de très petites quantités de particules synthétiques de TiO 2, entre 20 et 300 nm de taille, comme une conséquence de l'altération, et que ceux-ci peuvent pénétrer dans le sol par l'intermédiaire de canalisations d'eaux pluviales 30. Les activités photocatalytiques de TiO 2 produisent de l'oxygène libre les radicaux qui sont toxiques pour les organismes aquatiques si ces nanoparticules pénètrent dans les eaux qu'ils habitent 31. à ce jour, les seuils restent inconnus. La libération des particules dans l'environnement peut cependant être réduite ou évitée si nanorevêtements et les nanomatériaux sont conçus en conséquence 32.
Notes et références
15 nanoparticules auto-nettoyage photocatalytique est la propriété de surfaces revêtues de dioxyde de titane (TiO 2). Le dioxyde de titane (TiO 2) est un semi-conducteur; paires de trous d'électrons génèrent de la lumière si l'énergie des photons est supérieur à la largeur de bande interdite Eg (effet photoélectrique interne). Les électrons ou trous peuvent diffuser à la surface du dioxyde de titane et de produire des radicaux qui décomposent les substances organiques. Les trous en particulier, ont un effet oxydant; OH radicaux sont produits à partir de l'eau, en tant que substances organiques se décomposent. Les produits finis sont souvent CO2 et de l'eau. La largeur de bande interdite Eg est 0,2 eV pour anatas, sous forme de TiO 2 qui est le plus efficace pour la photocatalyse (environ 3,0 eV pour la structure cristalline de rutile moins efficace). Étant donné que cette énergie correspond à une longueur d'onde d'environ 390 nm, que la lumière ultraviolette est efficace. Les propriétés super-hydrophiles des surfaces sont créés par des lacunes d'oxygène sur la surface TiO 2. Il est ici que les groupes OH sont liés pour permettre un bon filet d'eau.
22 Dans le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) au moins deux composés volatils sont alimentés avec un écoulement de gaz dans une chambre de réaction contenant l'objet à revêtir. L'addition de l'énergie de réaction provoque une réaction chimique doit avoir lieu sur la surface de l'objet. Si le déplacement d'une couche sur la surface doit être préférée à la formation de particules solides dans la phase gazeuse, le CVD doit avoir lieu à des pressions très faibles.
24 www.nanprom.de/fassadenfarbe.htm, 24.03.10.
26 www.dbu.de/575.html, 10.6.10.
Par NanoTrust, Académie autrichienne des sciences. NanoTrust Les dossiers sont publiés de façon irrégulière et contiennent les résultats de recherche de l'Institut d'évaluation des technologies dans le cadre de son projet de recherche NanoTrust. Les dossiers sont mis à la disposition du public exclusivement sur epub.oeaw.ac.at/ita/nanotrust-dossiers.
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