Selvrensende vinduer

Fra mn/kjemi/kjemiportal
Revisjon per 18. des. 2009 kl. 08:12 av Johnv@uio.no (diskusjon | bidrag)

(diff) ← Eldre revisjon | Nåværende revisjon (diff) | Nyere revisjon → (diff)
Hopp til: navigasjon, søk

Av Ola Nilsen, Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo. [Hjemmeside]

Bearbeidet for web av John Vedde


Å vaske er for mange en viktig del av vårt dagligliv, men hva om det ikke var nødvendig? Hva om overflatene vasket seg selv?

Selvrensende overflater er absolutt en mulighet, og de finnes. Det er mulig å få kjøpt selvrensende vinduer, selvrensende doer og faktisk også selvrensende bestikk.

Det er to forskjellige mekanismer for å gjøre overflater selvrensende. En går ut på å forhindre at smuss setter seg fast på en overflate på samme måte som mange planter gjør det – Lotuseffekten. Alternativt kan overflaten gjøres så aktiv at den angriper smusset og i prinsippet brenner det opp – fotokatalytisk effekt.

Lotusblomsten blir ikke skitten

Det har lenge vært kjent at Lotusblomsten ikke blir skitten, men årsaken til dette var ikke kjent før på 70-tallet da botanikeren Wilhelm Barthlott funderte over hvorfor noen planter ikke behøvdes å renses før de ble studert med elektronmikroskop, mens andre måtte. Han så at overflaten til Lotusblomsten bestod av en rekke små voksaktige knotter som til sammen gjorde den superhydrofob – vannavstøtende. Først et 10-år senere begynte han å tenke på mulige utnyttelser av denne effekten og tidlig på 90-tallet ble det laget en skje med overflate bestående av silikon med mikroskopisk ruhet, honningskjeen, all honning rant av skjeen uten å etterlate merker. I 1999 så malingen StoLotusan lyset og åpnet opp for malinger der smuss ikke fester seg. Prinsippet er brakt videre i klær hvor en rekke små partikler av hydrofobt materiale gjør at vann preller av og hindrer at klærne blir møkkete.

Foto: Lotusblomsten. Kilde www.sxc.hu

Hva er det som er så magisk med de små knottene av hydrofobt materiale? Voks er et hydrofobt materiale og vi alle kjenner til hvordan vann danner dråper på slike overflater – grenseflaten vann til voks er ugunstig. Det som kanskje er mindre kjent er at grenseflaten vann til luft er enda mindre gunstig. Ved å lage en overflate med mange små knotter er det mulig å tvinge vanndråpene til å ballansere på disse og skape store grenseflater til luft. En dråpe på en slik overflate vil danne en meget rund kule som lett triller av. På sin vei av overflaten vil den ta med seg all smuss som ligger i veien og frakte den vekk fra overflaten. Plantene bruker dette som en metode for å maksimere sollyset som treffer bladet – det ønsker ikke skyggene som smusset lager.

Fotokatalytisk effekt

Den alternative metoden – fotokatalytisk effekt – baserer seg på et mer drastisk prinsipp. I 1967 oppdaget studenten Akira Fujishima ved Universitetet i Tokyo at titanoksid kunne splitte vann til hydrogen og oksygen dersom det ble belyst med UV-lys - fotolyse. Dette skapte en drøm om produksjon av hydrogengass, men en klarte aldri å oppnå tilstrekkelig produksjon av hydrogengass til at det ble lønnsomt. I 1999 oppdaget Akira og hans venn Kazuhito Hashimoto, i et selskap som produserte doer, at nanometertynne filmer av det samme materialet viste fotokatalytisk effekt når det ble belyst med UV-lys. Organisk materiale ble brutt ned og ble lett å fjerne med vann. Det samme gjaldt også bakterier.

Titanoksid.jpg
Titanoksid viste også en annen egenskap. Vannet fuktet overflaten forskjellig ettersom det ble belyst med UV-lys eller ikke. Uten UV-lys dannet vannet dråper som om overflaten var hydrofob, mens med UV-lys spredte vanndråpen seg over hele overflaten og dannet en jevn hinne – overflaten ble hydrofil. Dette var en gunstig egenskap da vannet lettere kunne ta med seg rester av smuss dersom den fuktet hele overflaten. Dette ga også vinduer som en lettere kunne se gjennom når de var belyst med UV-lys og ble våte. I prinsippet kunne en lage vinduer til biler som ikke trengte vindusviskere. I 2001 ble dette gjort til en kommersiell suksess og Pilkington selger i dag vinduer som er selvrensende under handelsnavnet Activ Glass. Hemmeligheten ligger i å kunne legge et tynt lag av titanoksid på de overflatene en ønsker å ha rene.

Den selvrensende effekten kommer når UV-lyset klarer å slå noen av elektronene til titanoksidet opp i energi. Dette er noe som skjer ofte i de fleste materialer, men for titanoksid så faller ikke elektronet ned på vanlig måte. Det hopper heller over på et oksygenatom som sitter på overflaten og gjør dette meget aktivt, nesten som ozon. Dersom det aktive oksygenet treffer noe organisk materiale på overflaten vil dette sakte men sikkert bli brent opp og danne CO2 og vann. Rester av uorganisk materiale vaskes deretter bort med vann.

UV-lampe på badet

I dag må en bruke UV-lys for å aktivere overflaten, men det er håp om at vanlig lys fra lysstoffrør skal kunne gjøre samme nytten i nær fremtid. Da vil det komme keramiske fliser og andre lignende overflater som ikke behøver å vaskes, bare tørkes over med en fuktig klut en gang i blant. I Japan er de mer utålmodige og behovet for å ha en UV-lampe på badet ser ikke ut til å bremse salget av selvrensende doer.

Titanoksid er ikke et nytt materiale, men viser seg nå som et mer og mer vidundermateriale. Vi kjenner den allerede i tannkremen, tabletter og ikke minst hvitfargen i maling.