Untersuchungen zur Superhydrophilie von Titandioxid-Beschichtungen

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Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Aufklärung des Mechanismus der lichtinduzierten Superhydrophilie von Titandioxid. Dazu wurde der Einfluss verschiedener Oberflächenbehandlungen auf die Superhydrophilie von Rutil-(110)- und Anatas-(111)-Einkristalloberflächen, sowie von Pilkington active, einer kommerziell verfügbaren polykristallinen Anatas-Beschichtung untersucht. Die Oberflächenstrukturen und -rauigkeiten der verwendeten Materialien wurden mittels Rasterkraftmikroskopie bestimmt.

Die Veränderung der Wasser- und Tridekan-Kontaktwinkel auf den verschiedenen Titandioxid-Oberflächen unter UV-Belichtung und die anschließende Relaxation bei Abwesenheit von UV-Licht wurde ermittelt. Am Beispiel von Pilkington active wurde der Einfluss der Umgebungsatmosphäre auf den Wasser-Kontaktwinkel bei Abwesenheit von UV-Licht bestimmt. Außerdem wurde basierend auf Kontaktwinkel-Messungen die Oberflächenspannung von Pilkington active über verschiedene Modelle berechnet.

Das Verhalten superhydrophiler TiO2-Beschichtungen unter thermischer Behandlung wurde sowohl zeit- als auch temperaturabhängig analysiert, um daraus die Aktivierungsenergie für den Anstieg des Kontaktwinkels ausgehend von der Superhydrophilie zu bestimmen. In diesem Zusammenhang wurde auch der Einfluss der Umgebungsatmosphäre auf den Wasser-Kontaktwinkel durch Änderung des Umgebungsgases von Luft zu Stickstoff, Argon und Wasserstoff untersucht. In Kombination mit ergänzenden Messungen der Oberflächenspannung wurde zusammenfassend der thermische Einfluss auf die TiO2-Materialien in Abhängigkeit des umgebenden Gases diskutiert.

Anhand der experimentellen Ergebnisse wurde abschließend unter Berücksichtigung der in der Literatur diskutierten Modelle ein Mechanismus für die lichtinduzierte Superhydrophilie von Titandioxidbeschichtungen aufgestellt.