A nano felületvédelemnél - "lótusz-effektus"  vagy - fotokatalitikus reakció játszódik le.

     - A "lótusz-effektus" tömör megfogalmazásban mikrostrukturált, hidrofób (víztaszító) felületeknek az öntisztuló képességét jelenti. Lótusz-effektusnak a felületek nagyon kicsi nedvesíthetőségét nevezik, és erre a lótusz növénynél figyeltek fel először. Ennek a növénynek a levelét és virágát a víz és más folyadékok nem nedvesítik, olyan csepp képződik rajtuk, mely nem tapad meg a növények felületén, hanem lepereg arról, közben a növényen található porszennyeződést is eltávolítja.

A kutatók a jelenség magyarázatához több száz növényt vizsgáltak meg, és ennek során rájöttek arra, hogy a növényi részeken lévő mikroszkopikus méretű kiemelkedések szabályos mintázata teszi a leveleket nagymértékben víztaszítóvá. A kiemelkedések olyan távolságra vannak egymástól, hogy a por- és mechanikus szemcsék megakadnak rajtuk, de nem érnek a levél felületéhez. Mivel csak néhány ponton érintkeznek a kiemelkedésekkel, kevéssé tapadnak meg azokon. Amikor víz (eső vagy harmatcsepp) éri a levelet, az film helyett cseppeket alkot, könnyen lepereg, s eközben magával ragadja a por- és mechanikus szemcséket.

A vízmolekulák között kohéziós erők (az azonos molekulák közötti belső összetartó erők) működnek, ennek mértéke a felületi feszültség, és a felületet minimalizálásra kényszerítik, ezért a vízcseppek gömbalakot vesznek fel. A vízcseppeknek valamilyen felülettel történő érintkezésekor  a különböző molekulák közötti adhéziós erők is fellépnek, melyek pedig a felülethez tapadást biztosítják: ezáltal nedvesednek a felületek. A felület sajátságától, állapotától és a folyadék felületi feszültségétől függően következhet be a majdnem teljes nedvesítés, ha az adhéziós erők lényegesen nagyobbak a kohéziós erőknél, vagy egyáltalán nincs nedvesítés, ha a kohéziós erőkhöz viszonyítva az adhéziós erők elhanyagolhatóan kicsik. 

A lótusz-effektus oka egy különleges felületi struktúra, melynél olyan kicsi a adhéziós erő, hogy már kis felületi feszültségű folyadékoknál is a folyadék belső kohéziós ereje mellett az adhéziós erők elhanyagolhatók és nem jön létre nedvesítés. A lótusznövény bőrszövetén (felületi rétegén) kb. 1-5 mikrométer magas és egymástól 10-15 mikrométer távolságra lévő apró dudorok találhatók, amelyek egy redős védőréteget alkotnak. Ez a réteg olyan polimer vázból áll, amilyen a cutin (poliészter típusú anyag, kombinálva cellulózzal, pektinnel és viasszal) és vízhatlanná teszi azt.

A növény felületi struktúrája miatt lesz a víz nedvesítési peremszöge igen nagy, elérheti a 160 fokot is (szuperhidrofób). Ez azt jelenti, hogy a csepp felületének csak 2-3%-a érintkezik a növény felületével, ami egy extra kicsi nedvesítést jelent. A vízcsepp és a levél közötti adhéziós erők olyan kicsik, hogy a víz könnyen lepereghet. A levélen lészilárd kis szennyező szemcsék – melyek éppen csak, hogy érintkeznek a levéllel – a vízzel könnyen lemosódnak. A lótusz-effektus felléptének a feltétele tehát a mikro- és nanostruktúrált (1-10 μm magas dudorok 5-15 μm távolságra), szuperhidrofób felületek léte.

A biológiai jelentősége ennek az effektusnak a növényvédelemben van egyes mikro-organizmusok, például gombaspórák, algák károsító hatásával szemben. Hasonlóan fontos a szerepe az állatoknál, mint például a lepkék, szitakötők és egyéb rovarok esetében, melyek lábaikkal nem minden testrészüket tudják megtisztítani. További fontos szerepe van a lótusz-effektusnak olyan szennyeződések eltávolításában, amelyek a fénybeszűrődést csökkentik, vagy a levélfelületek légzőnyílásait eltömíthetik.

A fentiekből arra lehet következtetni, hogy ha mesterségesen hoznak létre ilyen, mikro - nanoméretű kiemelkedésekkel mintázott felületet, az könnyen tisztíthatóvá válik. Eddig úgy vélték, hogy minél simább egy felület, annál kevésbé tapadnak meg rajta a szennyeződések, és annál könnyebben tisztítható. Az effektus felfedezése óta eljárásokat igyekeznek kidolgozni a természetet utánzó, nanoméretű érdes felületek előállítására.

A Nano bevonatok intelligensen egymásra rendeződő Nano részecskékből és két másik alkotóelemből épülnek fel így alkotva egy egységes védőréteget.

  1. A tapadásért felelős részecskék a felülettel szoros kötődést hozzanak létre,
  2. A tartósságot adó részecskéknek köszönhetők a nanoréteg különleges fizikai-kémiai tulajdonságai: a bevonat megszilárdulás után UV - stabil,  fagy és hőálló (+450°C-ig), ellenál átlagos mechanikai igénybevételnek, úgy, hogy nagynyomású tisztítóberendezéssel  (max. 50-60 bar) is tisztítható. 

  3. A nanorétegben legfelülre rendeződő molekulák tapadás gátló tulajdonsága révén alakul ki a vízlepergető hatás.

                

Az alkalmazási lehetőségek területe szinte végtelen: az üveg felülettől a kemény (pl. fém, természetes és mesterséges kő), rugalmas (pl. fa, műanyag) és textil felületekig.

     - A "fotokatalízis" szó egy összetett szó, mely két részből áll: "foto" és "katalízis" . A katalízis olyan folyamat, ahol az anyag részt vesz a reagensek közötti kémiai folyamat módosításában, anélkül, hogy maga változna, vagy átalakulna a végén. Ezt az anyagot nevezzük katalizátornak, mely fokozza a reakció mértékét azáltal, hogy csökkenti az aktivációs energiát.

Általában a fotokatalízis olyan reakció, melyben fény (h·ν) aktiválja a kémiai reakció mértékét módosító közreműködő anyagot. A fotokatalizátor az az anyag (pl. a természetes klorofill vagy a mesterséges TiO2), mely ezt a módosítást végzi fénybe-sugárzás felhasználásával.

A növények klorofillja jellemző természetes fotokatalizátor. A klorofill, mint fotokatalizátor és az ember által előállított TiO2 fotokatalizátor (itt a továbbiakban, mint fotokatalizátor) között az a különbség, hogy a klorofill általában fényt köt meg hogy a vizet széndioxiddá, oxigénné és glukózzá alakítsa, ellenben a fotokatalizátor erős oxidációs közeget és elektronikus lyukakat hoz létre, hogy felbontsa az organikus anyagot széndioxidra és vízre fotokatalizátor, fény és víz jelenlétében.

Előnyei

1. Szuper hidrofilitás

I. A víz 10 fokos szög alatt nem cseppet alkot a felszínen, hanem egy tökéletes filmréteget. A vízbevonat sík lesz a felületen. Ez elősegíti a vízfeszültség csökkenését eső után.

II. Általában a tisztítószer csökkenti a víz kontaktszögét a felületen. Ezt nevezik hidrofilitásnak. A nanobevonat hidrofilitása utánozza, sőt javítja ezt a jellemzőt, így egyszeri vízzel való érintkezés (mosás, eső) ugyanezt a hatást éri el. Így eső után a felület megújul, úgy, mint egy hagyományos tisztítószeres mosás után.

III. A hidrofil tulajdonság a vizet a felszínen tartja és a teljes felület befedhető egy kis vízzel. Ez elősegíti a párolgást. Tehát ha a bevonat egy épület falán van, az épületnek kevesebb energiára van szüksége nyáron a lehűléshez. Ha egy léghűtő berendezés kompresszorának panelján van a bevonat, a klímaberendezés jobb hatékonyságot mutat.

IV. A levegőben lévő por nehezebben jut át szuper hidrofil felületen.

V. A hidrofilitás a felületet vízcseppmenetesen tartja esőben, így tisztábbá teszi.

2. Szerves lebomlás

Amikor a bevonatot fény éri, az le tudja bontani majdnem az összes szerves anyagot a felszínen, melynek a következő két előnye van.

I. Amikor a bevonat lebontja az elnyelt szerves felületi szennyezőanyagot, mint pl. az olajat, a felületet tisztábbá teszi, és miután az olaj lebomlik, más, nem szerves szennyező anyag megtapadása a felületen nem valószínű, ezért az eső vagy más tisztítási eljárással könnyen tisztíthatóvá válik.

II. A bevonat az épület körüli levegőt is tisztítja. Valójában, a terméket valahol használják az autók által kibocsátott NOx gázok tisztítására. Amikor az út menti falakat bevonattal látják el, a felület megtisztul és a közvetlen környezet is jelentősen javulhat.

3. Antibakteriális és penészgátló tulajdonság

E jellemzőnek két előnye van.

I. Megakadályozhatja penész, alga vagy moha kialakulását, így márvány vagy gránitépületet tisztábban tart.

II. Az antibakteriális tulajdonság nemcsak a bevonatot védi, hanem a környező levegőben is megöli a baktériumokat a légáramlat miatt.

4. Anti UV jellemző

A termék megköti az UV sugarak egy részét és védi a felületet. Az UV sugárzás néhány színes felületet elhalványít. A termék megvédheti a felületet az UV sugárzás káros hatásától.

5. Antisztatikus jellemző

E tulajdonság meggátolja az olyan apró szennyezőanyagok megkötését, mint pl. hamu, szénpor stb. 

.
Minden jog fenntartva NanoPro Kft. 2017.