En combinación con los materiales adecuados, Los rayos del sol pueden hacer maravillas:limpian las fachadas de los edificios y descomponen los contaminantes del aire o del agua. La palabra mágica es fotocatálisis. En la práctica, aunque, la eficacia de esta "cura milagrosa" fluctúa enormemente, dependiendo del material utilizado y los factores ambientales. Con un nuevo dispositivo de medición, los investigadores ahora quieren determinar la eficacia fotocatalítica de las superficies de forma más precisa y rápida, aumentando así la eficiencia.

Prohibiciones de conducir reacondicionamiento de diésel o insignia azul:actualmente se debate mucho sobre cómo reducir el óxido de nitrógeno y el material particulado en las ciudades. ¿Qué tan práctico sería si las fachadas y los techos de las casas simplemente limpiaran el aire de la ciudad de pasada? ¿Y si los edificios pudieran liberarse de la suciedad de inmediato? La buena noticia es que esto ya es posible con la fotocatálisis. Cuando los materiales de construcción se mezclan con un llamado catalizador como el dióxido de titanio (TiO2), la luz del sol en combinación con el oxígeno desencadena una reacción química. El dióxido de titanio forma sustancias reactivas que disminuyen la suciedad y los contaminantes. Ya sea de hormigón, pintura de vidrio o fachada, casi todos los materiales se pueden actualizar con tecnología fotocatalítica.

Hay varias trampas, aunque:dependiendo del sustrato, estructura de la superficie e influencias ambientales, la eficiencia fotocatalítica varía hasta en un 100 por ciento o más, dependiendo del contaminante y del producto. La eficacia también depende de la mezcla adecuada:si solo se recubre la superficie, el catalizador se lava o se erosiona rápidamente. Si lo mezcla con el material, gran parte no es eficaz. Aún no se ha encontrado la mezcla óptima. Es más, el comportamiento a largo plazo y la estabilidad de dichos materiales de construcción son difíciles de predecir fuera del laboratorio.

Es más, Existe una gran discrepancia entre las eficiencias que se pueden lograr en el laboratorio y las que se obtienen en el exterior en el uso práctico. Estos temas apenas se han estudiado todavía. Una mejor comprensión de estas relaciones fue el objetivo de los once socios del proyecto conjunto PureBau. Su objetivo era mejorar la eficiencia de los compuestos de materiales para poder desarrollar mejores materiales de construcción fotocatalíticamente activos.

Una nueva herramienta para una investigación eficiente

Como uno de los socios, el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Superficies y Películas delgadas IST en Braunschweig está trabajando en un método de medición que hace que esto sea posible. "La investigación y el desarrollo previos de materiales de construcción fotocatalíticamente activos fueron a menudo un proceso de prueba y error, debido a la falta de un procedimiento de medición adecuado. Además, simplemente no fue posible realizar mediciones confiables en el campo. Aunque los efectos se pueden calcular mediante simulación, este proceso es laborioso y, además de eso, no se usa mucho ", dice Frank Neumann, Responsable del Grupo de Trabajo Fotocatálisis de Fraunhofer IST.

Neumann y sus colegas ya habían patentado un proceso para medir de forma rápida y reproducible la autolimpieza fotocatalítica de productos a escala de laboratorio. Esto permite determinar la rapidez con la que un material con cierto catalizador limpia una superficie, como una fachada o un techo de tejas. El principio básico:un tinte luminiscente se deposita al vapor sobre una superficie, y luego se mide la velocidad a la que se desvanece bajo la influencia de la luz. A partir de los parámetros de intensidad de la luz y grosor de la capa de tinte, se puede determinar la eficiencia.

Del laboratorio al campo

El desafío ahora era transferir este método a un dispositivo portátil que funciona sin condiciones de vacío, mientras acelera significativamente la medición. A través de su colaboración con el Instituto de Tecnología de Alta Frecuencia (IHF) de la Universidad Técnica de Braunschweig, los investigadores lograron esto en dos pasos:dado que la síntesis de colorante que se usaba en el laboratorio hasta entonces mostraba demasiadas reacciones químicas no deseadas, tenían que encontrar nuevos tintes. Se utilizaron tintes con complejos de europio-metal, como en los OLED. Además, el método anterior de depósito de vapor ya no funcionaba para la aplicación móvil. "En lugar de, transferimos los tintes en una monocapa a un portador polimérico y combinamos químicamente ambos por medio de los llamados grupos de anclaje, "Explica Neumann. La película de soporte tiene las ventajas de adaptarse bien a cualquier superficie, minimizando las reacciones químicas con el material y evitando los daños causados ​​por las mediciones realizadas directamente en las fachadas (p. ej., transferencia de tinte). El recubrimiento con una sola capa de tinte asegura la reproducibilidad del proceso.

En el siguiente paso, se desarrolló un demostrador de una pistola de medición móvil junto con la empresa Omicron Laserage Laserprodukte GmbH. En una cerradura de bayoneta la película se une allí con el revestimiento de tinte y se presiona sobre la superficie que se va a probar. Luego, el dispositivo mide la disminución de la luminiscencia por la irradiación UV y determina la efectividad fotocatalítica, tanto cualitativa como cuantitativamente por el grado de eficiencia. El tiempo de medición en este procedimiento se ha reducido a unos 15 minutos, en comparación con las pruebas estándar relevantes que pueden durar hasta tres horas.

Neumann confía en que la técnica de medición podría estar lista para el mercado en uno o dos años. Esto sería interesante para los fabricantes de materiales de construcción, expertos en revestimientos y proveedores de servicios de medición, así como para los usuarios:"Sobre todo, finalmente sería posible controlar la calidad de los productos que se utilizan actualmente en el campo, pero también sería posible acelerar el desarrollo de materiales fotocatalíticos eficaces ". A largo plazo, esto a su vez podría promover la autolimpieza extensiva de fachadas, tejados y rutas de tráfico y garantizar un mejor clima en nuestras ciudades.