Abscheidung eines Multilayer-Dünnschichtsystems mit selbstreinigenden Eigenschaften auf Glas mittels Combustion-CVD und Festkörperzerstäubung (Sputtern) Christian Erbe, Andreas Pfuch, Bernd Grünler, Roland Weidl Jena, Germany
Inhalt 1. Motivation 2. Zielstellung 3. Probleme 4. Grundlagen 5. Ergebnisse 6. Zusammenfassung 7. Ausblick
Motivation Steigende wirtschaftliche Bedeutung photokatalytischer Anwendungen Beispiele: -Selbstreinigende Beschichtungen -Luft- und Wasserreinigung -Antibakterielle Beschichtung -Medizinische Anwendungen
Herstellung von photokatalytischen Schichten im Flachglasbereich: Sol-Gel Thermische CVD Nachteil: Hohe Beschichtungstemperaturen
Idee: Kombination C-CVD und Sputtern -Etablierte Methode und kostengünstiges Athmosphärendruck- Verfahren -Einsatz auch auf temperaturempfindlichen Substraten möglich
Zielstellung Optimierung eines C-CVD-Verfahrens zur SiO x -Schichtabscheidung Herstellung eines SiO x -TiO x - Mehrschichtsystems mit photokatalytischen Eigenschaften
Probleme Oberflächenbeschaffenheit von C-CVD Schichten für optische Anwendungen Haftung von Sputterschichten auf C-CVD Schichten Trübungs- und Verfärbungseffekte speziell an Metalloxidschichten
Grundlagen Selbstreinigender Effekt Photokatalyse C-CVD
Selbstreinigung hydrophil hydrophob + Abbau von Organik superphob
Photokatalyse Halbleitereffekt Oxidation organischer Substanzen durch Energie des kurzwelligen Lichtes TiO 2 in Anatas- Modifikation Bandabstand (3.2 ev) Oxidationspotential des Valenzbandes (ca. 3.1eV (ph0))
Brenner C-CVD Si-haltiger Precursor Primärpartikel Erhöhung der Partikelgröße Agglomeration der Partikel Cluster Bildung Bildung der Pyrosil - Schicht Substrat
C-CVD Anlage
Ergebnisse
REM-Aufnahme einer mittels C-CVD abgeschiedenen SiOx Schicht (PYROSIL -Schicht)
Rauhigkeit der Pyrosil -Beschichtungen in Abhängigkeit des Brennerabstandes zum Substrat R RMS = 1 nm R a = 1 nm R RMS = 6 nm R a = 4 nm
Rauhigkeit der Pyrosil -Beschichtungen in Abhängigkeit des Brennerabstandes zum Substrat R a = 1 nm R a = 4 nm (Abstand 5 mm) (Abstand 40 mm) d= 25 nm d= 15 nm
Abscheidung von TiO x durch Festkörperzerstäubung Substrat bei Zimmertemperatur Ausbildung der Anatasphase durch geeignete Wahl der Sputterparameter (Schichtdicke ca. 50 nm)
Verifizierung der photokatalytischen Eigenschaften
Randwinkelmessungen 100 90 80 70 Randwinkel [ ] 60 50 40 30 20 10 0 7 h UV-Lampe 6 d dunkel 7 h UV-Lampe 6 d dunkel 12 h UV-Lampe Marktübliche Beschichtung TiOx SiOx+TiOx
Photokatalytische Abbaurate 100 90 Organikrest [%] 80 70 60 50 40 0 15 30 45 60 Dauer der UV-Bestrahlung [min] Marktübliche Beschichtung Pyrosil +TiOx TiOx
Photokatalytische Abbaurate Organikrest [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 15 30 45 60 Dauer der UV-Bestrahlung [min] Marktübliche Beschichtung Pyrosil +TiOx TiOx Pyrosil +TiOx+1h Tempern
Zusammenfassung optische Schichten konnten mittels C-CVD abgeschieden werden photokatalytisch aktive TiOx Schichten konnten mittels Sputtern bei Raumtemperatur abgeschieden werden Schleierbildung bzw. Trübung konnte verhindert werden Randwinkel und Abbau von Organik sind in etwa vergleichbar mit einem kommerziellen Produkt Bei nachfolgender Temperung kann eine weitere Steigerung erreicht werden
Ausblick Noch durchzuführende Untersuchungen: Weitere Belastungstests (z.b. Bewitterungstests) Weitere Verifizierung der photokatalytischen Eigenschaften Ausdehnung auf andere Substratmaterialien
Danksagung Analytik: Dr. M. Frigge Frau F. Grund Danke für Ihre Aufmerksamkeit!