Abscheidung eines Multilayer-Dünnschichtsystems

Transkript

1 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

2 Inhalt 1. Motivation 2. Zielstellung 3. Probleme 4. Grundlagen 5. Ergebnisse 6. Zusammenfassung 7. Ausblick

3 Motivation Steigende wirtschaftliche Bedeutung photokatalytischer Anwendungen Beispiele: -Selbstreinigende Beschichtungen -Luft- und Wasserreinigung -Antibakterielle Beschichtung -Medizinische Anwendungen

4 Herstellung von photokatalytischen Schichten im Flachglasbereich: Sol-Gel Thermische CVD Nachteil: Hohe Beschichtungstemperaturen

5 Idee: Kombination C-CVD und Sputtern -Etablierte Methode und kostengünstiges Athmosphärendruck- Verfahren -Einsatz auch auf temperaturempfindlichen Substraten möglich

6 Zielstellung Optimierung eines C-CVD-Verfahrens zur SiO x -Schichtabscheidung Herstellung eines SiO x -TiO x - Mehrschichtsystems mit photokatalytischen Eigenschaften

7 Probleme Oberflächenbeschaffenheit von C-CVD Schichten für optische Anwendungen Haftung von Sputterschichten auf C-CVD Schichten Trübungs- und Verfärbungseffekte speziell an Metalloxidschichten

8 Grundlagen Selbstreinigender Effekt Photokatalyse C-CVD

9 Selbstreinigung hydrophil hydrophob + Abbau von Organik superphob

10 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))

11 Brenner C-CVD Si-haltiger Precursor Primärpartikel Erhöhung der Partikelgröße Agglomeration der Partikel Cluster Bildung Bildung der Pyrosil - Schicht Substrat

12 C-CVD Anlage

13 Ergebnisse

14 REM-Aufnahme einer mittels C-CVD abgeschiedenen SiOx Schicht (PYROSIL -Schicht)

15 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

16 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

17 Abscheidung von TiO x durch Festkörperzerstäubung Substrat bei Zimmertemperatur Ausbildung der Anatasphase durch geeignete Wahl der Sputterparameter (Schichtdicke ca. 50 nm)

18 Verifizierung der photokatalytischen Eigenschaften

19 Randwinkelmessungen Randwinkel [ ] h UV-Lampe 6 d dunkel 7 h UV-Lampe 6 d dunkel 12 h UV-Lampe Marktübliche Beschichtung TiOx SiOx+TiOx

20 Photokatalytische Abbaurate Organikrest [%] Dauer der UV-Bestrahlung [min] Marktübliche Beschichtung Pyrosil +TiOx TiOx

21 Photokatalytische Abbaurate Organikrest [%] Dauer der UV-Bestrahlung [min] Marktübliche Beschichtung Pyrosil +TiOx TiOx Pyrosil +TiOx+1h Tempern

22 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

23 Ausblick Noch durchzuführende Untersuchungen: Weitere Belastungstests (z.b. Bewitterungstests) Weitere Verifizierung der photokatalytischen Eigenschaften Ausdehnung auf andere Substratmaterialien

24 Danksagung Analytik: Dr. M. Frigge Frau F. Grund Danke für Ihre Aufmerksamkeit!