Em combinação com os materiais certos, raios de sol podem fazer maravilhas:eles limpam fachadas de edifícios e decompõem poluentes do ar ou da água. A palavra mágica é fotocatálise. Na prática, no entanto, a eficácia desta "cura milagrosa" varia muito, dependendo do material utilizado e dos fatores ambientais. Com um novo dispositivo de medição, os pesquisadores agora querem determinar a eficácia fotocatalítica das superfícies com mais precisão e rapidez, aumentando assim a eficiência.

Proibições de trânsito, retrofitting de diesel ou o emblema azul - atualmente há muita discussão sobre como reduzir o óxido de nitrogênio e as partículas em suspensão nas cidades. Quão prático seria se as fachadas e os telhados das casas simplesmente limpassem o ar da cidade de passagem? E se os prédios pudessem se livrar da sujeira imediatamente? A boa notícia é que isso já é possível com a fotocatálise. Quando os materiais de construção são misturados com um chamado catalisador, como o dióxido de titânio (TiO2), a luz do sol em combinação com o oxigênio desencadeia uma reação química. O dióxido de titânio forma substâncias reativas que diminuem a sujeira e os poluentes. Seja concreto, vidro ou pintura de fachada, quase todos os materiais podem ser atualizados com tecnologia fotocatalítica.

Existem várias armadilhas, embora:dependendo do substrato, estrutura da superfície e influências ambientais, a eficiência fotocatalítica varia em até 100 por cento ou mais, dependendo do poluente e do produto. A eficácia também é uma questão da mistura certa:se apenas a superfície for revestida, o catalisador rapidamente se lava ou sofre erosão. Se você misturar com o material, muito disso não é eficaz. A mistura ideal ainda não foi encontrada. Além disso, o comportamento a longo prazo e a estabilidade de tais materiais de construção são difíceis de prever fora do laboratório.

Além disso, há uma grande discrepância entre as eficiências que são alcançáveis ​​no laboratório e aquelas obtidas fora do uso prático. Essas questões mal foram estudadas ainda. Um melhor entendimento dessas relações era a meta dos onze sócios do projeto conjunto PureBau. O objetivo era melhorar a eficiência dos compostos de materiais para que melhores materiais de construção fotocataliticamente ativos possam ser desenvolvidos.

Uma nova ferramenta para pesquisa eficiente

Como um dos parceiros, o Instituto Fraunhofer de Engenharia de Superfície e Filmes Finos IST em Braunschweig está trabalhando em um método de medição que torna isso possível. "A pesquisa e o desenvolvimento anteriores de materiais de construção fotocataliticamente ativos eram muitas vezes um processo de tentativa e erro, devido à falta de um procedimento de medição adequado. Além disso, simplesmente não era possível realizar medições confiáveis ​​no campo. Embora os efeitos possam ser calculados usando simulação, este processo é trabalhoso e, além disso, não é amplamente utilizado ", diz Frank Neumann, Chefe do Grupo de Trabalho de Fotocatálise no Fraunhofer IST.

Neumann e seus colegas já haviam patenteado um processo para medir de forma rápida e reproduzível a autolimpeza fotocatalítica de produtos em escala de laboratório. Isso permite determinar a rapidez com que um material com um certo catalisador limpa uma superfície, como uma fachada ou um telhado de telhas. O princípio básico:um corante luminescente é depositado por vapor em uma superfície, e então a velocidade com que ele desaparece sob a influência da luz é medida. A partir dos parâmetros de intensidade de luz e espessura da camada de tinta, a eficiência pode ser determinada.

Do laboratório para o campo

O desafio agora era transferir este método para um dispositivo portátil que funcione sem condições de vácuo, enquanto acelera significativamente a medição. Por meio de sua colaboração com o Instituto de Tecnologia de Alta Frequência (IHF) da Universidade Técnica de Braunschweig, os pesquisadores conseguiram isso em duas etapas:já que a síntese do corante que era usada no laboratório até então exibia muitas reações químicas indesejadas, eles tiveram que encontrar novos corantes. Corantes com complexos de európio-metal foram usados, assim como em OLEDs. Além disso, o método anterior de deposição de vapor não funcionava mais para o aplicativo móvel. "Em vez de, transferimos os corantes em uma monocamada para um carreador polimérico e combinamos quimicamente ambos por meio dos chamados grupos âncora, "Neumann explica. O filme de suporte tem a vantagem de ser adequado a qualquer superfície, minimizando reações químicas com o material e evitando danos causados ​​por medições feitas diretamente nas fachadas (por exemplo, transferência de tinta). O revestimento com uma única camada de corante garante a reprodutibilidade do processo.

Na próxima etapa, um demonstrador de uma pistola de medição móvel foi desenvolvido em conjunto com a empresa Omicron Laserage Laserprodukte GmbH. Em uma fechadura de baioneta, o filme é fixado com o revestimento de tinta e pressionado sobre a superfície a ser testada. O dispositivo então mede a decadência da luminescência pela irradiação UV e determina a eficácia fotocatalítica - tanto qualitativa quanto quantitativamente pelo grau de eficiência. O tempo de medição neste procedimento foi reduzido para cerca de 15 minutos, em comparação com o teste padrão relevante, que pode durar até três horas.

Neumann está confiante de que a técnica de medição poderá estar pronta para o mercado em um a dois anos. Isso seria interessante para fabricantes de material de construção, especialistas em revestimento e prestadores de serviços de medição, bem como para os usuários:"Acima de tudo, finalmente seria possível controlar a qualidade dos produtos usados ​​atualmente no campo, mas também seria possível acelerar o desenvolvimento de materiais fotocatalíticos eficazes ". A longo prazo, isso, por sua vez, poderia promover a extensa autolimpeza das fachadas, telhados e vias de tráfego e garantir um melhor clima em nossas cidades.