DE112013005567T5

DE112013005567T5 - Hydrophiles Element und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112013005567T5
Application number: DE112013005567.8T
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Nakamura; Syungo Ikeno; Shinya TAKAYANAGI
Original assignee: Murakami Corp
Current assignee: Murakami Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-08-20
Also published as: CN104797416A; KR20150086228A; WO2014080726A1; US20150293268A1; JP5865237B2; JP2014100871A; CN104797416B; US10042090B2

Abstract

Bei einem hydrophilen Element, das eine Struktur umfasst, bei der eine photokatalytische TiO2-Schicht und eine poröse SiO2-Schicht auf einer Oberfläche eines Basismaterials gestapelt sind, werden ein leichtes Bilden der porösen SiO2-Schicht, so dass sie dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO2-Schicht ermöglicht, die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO2-Schicht zu bedecken, und eine Erhöhung der Dauerbeständigkeit der porösen SiO2-Schicht ermöglicht. Eine photokatalytische TiO2-Schicht (14) wird derart, dass sie eine Dichte von 3,33 bis 3,75 g/cm3 (vorzugsweise 3,47 bis nicht mehr als 3,72 g/cm3, mehr bevorzugt 3,54 bis 3,68 g/cm3) aufweist, auf einer Oberfläche eines Basismaterials 12 ausgebildet. Als eine äußerste Oberflächenschicht wird eine poröse SiO2-Schicht (16) derart auf der photokatalytischen TiO2-Schicht (14) ausgebildet, dass die poröse SiO2-Schicht (16) eine Filmdicke von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm (vorzugsweise nicht weniger als 15 nm und nicht mehr als 20 nm) und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO2-Schicht (16) ermöglicht, die gesamte Oberfläche der TiO2-Schicht 14 zu bedecken.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrophiles Element, das eine Struktur umfasst, in der eine TiO₂(photokatalytische TiO₂)-Schicht, die eine Photokatalyse bereitstellt, und eine poröse SiO₂-Schicht auf einer Oberfläche eines Basismaterials gestapelt sind, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung ein einfaches Bilden der porösen SiO₂-Schicht, die dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es ermöglicht, dass die poröse SiO₂-Schicht die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO₂-Schicht bedeckt, und eine Verbesserung der Dauerbeständigkeit der porösen SiO₂-Schicht.
Stand der Technik
Beispiele für ein hydrophiles Element, das eine Struktur umfasst, in der eine photokatalytische TiO₂-Schicht und eine poröse SiO₂-Schicht auf einer Oberfläche eines Basismaterials gestapelt sind, sind in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben. Bei dem hydrophilen Element, das in jedem der Patentdokumente 1 und 2 beschrieben ist, handelt es sich um ein hydrophiles Element, das eine Hydrophilie mittels der porösen SiO₂-Schicht an einer äußersten Oberfläche sicherstellt, organisches Material und dergleichen, das an der porösen SiO₂-Schicht haftet, mittels Photokatalyse zersetzt, die durch die photokatalytische TiO₂-Schicht unterhalb der porösen SiO₂-Schicht bereitgestellt wird, und dadurch ermöglicht, dass die Hydrophilie der porösen SiO₂-Schicht für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird.
Dokumentenliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 10-36144
Patentdokument 2: Japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2000-53449

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem hydrophilen Element, das die vorstehend genannte Struktur umfasst, ist es zum Sicherstellen einer Einheitlichkeit (d. h., keine Unregelmäßigkeit in allen Bereichen einer hydrophilen Oberfläche des hydrophilen Elements) und vorzugsweise einer Hydrophilie in jedem Teil der hydrophilen Oberfläche erforderlich, eine poröse SiO₂-Schicht auszubilden, die dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO₂-Schicht ermöglicht, die gesamte Oberfläche einer photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bedecken, wenn die Filmdicke der porösen SiO₂-Schicht nicht mehr als 50 nm (vorzugsweise nicht mehr als 20 nm) beträgt. Es ist jedoch nicht einfach, eine poröse SiO₂-Schicht, die dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, auf einer photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bilden. Mit anderen Worten, zur Bildung einer porösen SiO₂-Schicht auf einer photokatalytischen TiO₂-Schicht z. B. mittels Gasphasenabscheidung ist es erforderlich, SiO₂ mit einem erhöhten Gasdruck (Partialdruck von Sauerstoffgas) in einer Gasphasenabscheidungsatmosphäre einer Gasphasenabscheidung zu unterziehen, und zwar verglichen mit dem Gasdruck in Fällen, bei denen eine nicht-poröse, mittels Gasphasenabscheidung abgeschiedene SiO₂-Schicht gebildet wird. Eine Gasphasenabscheidung mit einem erhöhten Gasdruck in einer Gasphasenabscheidungsatmosphäre verursacht jedoch eine Instabilität des Flugs von SiO₂-Gasphasenabscheidungsmolekülen. Folglich tritt in manchen Bereichen der hydrophilen Oberfläche eine Unregelmäßigkeit der Filmdickenverteilung auf, was dazu führt, dass die photokatalytische TiO₂-Schicht teilweise freiliegt. Daher ist herkömmlich zur Bildung einer SiO₂-Schicht, die eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, in dem Filmbildungsverfahren ein gewisser Einfallsreichtum (z. B. bei der Anordnung einer Korrekturplatte und/oder bei der Begrenzung der Anzahl von Elementen, die auf einmal dem Filmbildungsverfahren unterzogen werden) erforderlich.
Die vorliegende Erfindung soll die vorstehend genannten Probleme lösen. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung soll ein hydrophiles Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitstellen, das ein einfaches Bilden einer porösen SiO₂-Schicht ermöglicht, die dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO₂-Schicht ermöglicht, die gesamte Oberfläche einer photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bedecken, wodurch verhindert wird, dass die photokatalytische TiO₂-Schicht teilweise freiliegt, und die Dauerbeständigkeit der porösen SiO₂-Schicht verbessert wird.
Lösung des Problems
Die 2 zeigt Ergebnisse eines Tests zur Messung der Hydrophilie-Wiederherstellungszeit eines hydrophilen Elements. Das hydrophile Element, das in diesem Test verwendet worden ist, ist ein hydrophiles Element, das durch Bilden einer photokatalytischen TiO₂-Schicht auf einer Oberfläche eines flachen und glatten Basismaterials und Bilden einer SiO₂-Schicht mit einer Filmdicke von nicht mehr als 50 nm, die durch Gasphasenabscheiden von SiO₂-Gasphasenabscheidungsmolekülen auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht mit einem niedrigen Gasdruck, der einen stabilen Flug der SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle ermöglicht, erhalten worden ist, gebildet wurde. Proben des hydrophilen Elements mit jeweiligen photokatalytischen TiO₂-Schichten, die unterschiedliche Dichten aufweisen, wurden hergestellt und für jede Probe wurde die Zeit ausgehend von einem Zustand, bei dem die Hydrophilie aufgrund eines Anhaftens von organischem Material an einer Oberfläche davon verloren gegangen ist, bis zur Wiederherstellung der Hydrophilie aufgrund einer Ultraviolettbestrahlung (Hydrophilie-Wiederherstellungszeit) gemessen. In diesem Test wurde eine Oberfläche der SiO₂-Schicht jeder Probe mit einem Öl verunreinigt, so dass die Hydrophilie der Oberfläche verloren geht, und dann wurde die Oberfläche mit Ultraviolettstrahlung mit einer Intensität von 1 mW/cm² unter Verwendung von Schwarzlicht bestrahlt. Die Wiederherstellung der Hydrophilie wurde festgestellt, wenn der Wassertropfenkontaktwinkel so vermindert war, dass er mit einem Anfangswert vor der Verunreinigung vergleichbar war (nicht mehr als fünf Grad). Ferner kann, ob SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle während der Herstellung der Proben stabil fliegen oder nicht, auf der Basis dessen festgestellt werden, ob z. B. der Stromwert (Emissionsstromwert) eines Elektronenstrahl oder die Gasphasenabscheidungsgeschwindigkeit während der Gasphasenabscheidung stabil ist oder nicht. In diesem Fall kann die Gasphasenabscheidungsgeschwindigkeit z. B. als Ableitungswert der Schwingungsfrequenz eines Quarzkristall-Filmdickenmessgeräts gemessen werden. Ferner kann die Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht jeder Probe durch die Filmbildungsbedingungen (z. B. die Temperatur des Basismaterials, die Filmbildungsgeschwindigkeit und/oder den Gasdruck) eingestellt werden, und die Dichte kann z. B. mittels einer Glanzwinkel-Röntgendiffraktometrie gemessen werden. Wie es aus der 2 ersichtlich ist, ist die Hydrophilie-Wiederherstellungszeit bei einer niedrigeren Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht kürzer, und wenn die Dichte 3,68 g/cm³ übersteigt, nimmt die Hydrophilie-Wiederherstellungszeit drastisch zu, und wenn die Dichte 3,75 g/cm³ übersteigt, wird die Hydrophilie-Wiederherstellungszeit zu lang und die photokatalytische TiO₂-Schicht wird für die Praxis ungeeignet. Eine kurze Hydrophilie-Wiederherstellungszeit bedeutet, dass die Photokatalyse, die durch die photokatalytische TiO₂-Schicht bereitgestellt wird, leicht die Oberfläche der SiO₂-Schicht erreicht, da die SiO₂-Schicht porös ist. Eine lange Hydrophilie-Wiederherstellungszeit bedeutet, dass die Photokatalyse, die durch die photokatalytische TiO₂-Schicht bereitgestellt wird, kaum die Oberfläche der SiO₂-Schicht erreicht, da die SiO₂-Schicht nicht-porös ist. Die Ergebnisse dieses Tests zeigen, dass die Bildung einer photokatalytischen TiO₂-Schicht, so dass sie eine Dichte von nicht mehr als 3,75 g/cm³ (vorzugsweise nicht mehr als 3,72 g/cm³, mehr bevorzugt nicht mehr als 3,68 g/cm³) aufweist, wobei es sich um einen niedrigeren Wert als 3,90 g/cm³ handelt, der eine typische Dichte von Anataskristallstrukturen ist, die Bildung einer porösen SiO₂-Schicht selbst dann ermöglicht, wenn SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht mit einem niedrigen Gasdruck einer Gasphasenabscheidung unterzogen werden, der einen stabilen Flug der SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle ermöglicht. Da die Gasphasenabscheidung mit einem niedrigen Gasdruck durchgeführt werden kann, kann eine poröse SiO₂-Schicht, die dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, ohne besonderen Einfallsreichtum bei dem Filmbildungsverfahren einfach gebildet werden. Der durch die vorliegenden Erfinder durchgeführte Test zeigt, dass dann, wenn eine photokatalytische TiO₂-Schicht, die eine Dichte von nicht mehr als 3,75 g/cm³ aufweist, gebildet wird und SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle mittels Gasphasenabscheidung auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht mit einem niedrigen Gasdruck abgeschieden werden, der einen stabilen Flug der SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle ermöglicht, eine poröse SiO₂-Schicht gebildet wird. Ferner kann, wenn die poröse SiO₂-Schicht eine Dicke von nicht weniger als 10 nm aufweist, die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO₂-Schicht durch die poröse SiO₂-Schicht bedeckt werden (d. h., ein partielles Freiliegen der photokatalytischen TiO₂-Schicht kann verhindert werden).
Die 3 zeigt die Ergebnisse eines Tests, bei dem für jede der Proben, die denjenigen ähnlich sind, die in dem Test in der 2 verwendet worden sind (Proben eines hydrophilen Elements, die durch Bilden einer photokatalytischen TiO₂-Schicht auf einer Oberfläche eines flachen und glatten Basismaterials und Bilden einer SiO₂-Schicht mit einer Filmdicke von nicht mehr als 50 nm, die durch Gasphasenabscheiden von SiO₂-Gasphasenabscheidungsmolekülen auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht mit einem niedrigen Gasdruck, der einen stabilen Flug der SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle ermöglicht, erhalten worden ist, gebildet wurde, wobei die Proben jeweilige photokatalytische TiO₂-Schichten umfassen, die unterschiedliche Dichten aufweisen), die Verkratzungsbelastung für die SiO₂-Schicht gemessen worden ist. Dieser Test wurde gemäß einem Verfahren durchgeführt, das demjenigen eines Bleistifthärtetests ähnlich ist, wobei ein Eisenstab anstelle eines Bleistifts verwendet wurde, und zwar durch Messen einer Belastung jeweils mit unterschiedlichen Gewichten. Die 3 zeigt, dass bei einer niedrigeren Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht die auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht gebildete SiO₂-Schicht spröder ist, und dass bei einer höheren Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht die SiO₂-Schicht härter ist.
Die 4 zeigt Ergebnisse eines Tests, bei dem für jede von Proben, die denjenigen ähnlich sind, die in jedem der Tests in den 2 und 3 verwendet worden sind, die Säurebeständigkeit der SiO₂-Schicht gemessen worden ist. Dieser Test wurde durch Tropfen von H₂SO₄, die eine Konzentration einer Normalität von 0,1 N aufweist, auf eine Oberfläche der SiO₂-Schicht und Feststellen des Zustands der Oberfläche nach dem Stehenlassen für 24 Stunden durchgeführt. In diesem Test war, wenn die Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht weniger als 3,33 g/cm³ beträgt, die Farbe eines Teils, auf den H₂SO₄ getropft worden ist, verglichen mit der Farbe eines Teils, der diesen Teil umgibt, stärker verblasst. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Basismaterial als Folge davon, dass die SiO₂-Schicht und die photokatalytische TiO₂-Schicht an diesem Teil abgelöst worden sind, freilag, was dazu führte, dass keine durch die SiO₂-Schicht und die photokatalytische TiO₂-Schicht erzeugte Interferenzfarbe vorlag. Wenn andererseits die Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht nicht weniger als 3,33 g/cm³ beträgt, trat an dem Teil, auf den H₂SO₄ getropft worden ist, kein Verblassen auf und die SiO₂-Schicht und die photokatalytische TiO₂-Schicht wurden nicht abgelöst. Daher zeigen die Testergebnisse in der 4, dass dann, wenn die Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht weniger als 3,33 g/cm³ beträgt, die Säurebeständigkeit niedrig ist, und wenn die Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht nicht weniger als 3,33 g/cm³ beträgt, die Säurebeständigkeit hoch ist.
Die Testergebnisse in den 3 und 4 zeigen, dass die Bildung einer photokatalytischen TiO₂-Schicht, die eine Dichte von nicht weniger als 3,33 g/cm³ (vorzugsweise nicht weniger als 3,47 g/cm³, mehr bevorzugt nicht weniger als 3,54 g/cm³) aufweist, in der Praxis die Bereitstellung einer Dauerbeständigkeit (Kratzbeständigkeit und Säurebeständigkeit) ermöglicht.
Demgemäß zeigen die Ergebnisse der Tests in den 2 bis 4, dass die Bildung einer photokatalytischen TiO₂-Schicht, die eine Dichte von 3,33 bis 3,75 g/cm³ (vorzugsweise 3,47 bis nicht mehr als 3,72 g/cm³, mehr bevorzugt 3,54 bis 3,68 g/cm³) aufweist, ein einfaches Bilden einer porösen SiO₂-Schicht ermöglicht, die dünn ist und eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO₂-Schicht ermöglicht, die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bedecken und die Dauerbeständigkeit der porösen SiO₂-Schicht zu erhöhen.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung eine photokatalytische TiO₂-Schicht, die eine Dichte von 3,33 bis 3,75 g/cm³ (vorzugsweise 3,47 bis nicht mehr als 3,72 g/cm³, mehr bevorzugt 3,54 bis 3,68 g/cm³) aufweist, auf einer Oberfläche eines Basismaterials gebildet, und als äußerste Oberflächenschicht wird eine poröse SiO₂-Schicht, die eine Filmdicke von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm (vorzugsweise nicht weniger als 15 nm und nicht mehr als 20 nm) aufweist, derart auf der TiO₂-Schicht gebildet, dass die poröse SiO₂-Schicht die gesamte Oberfläche der TiO₂-Schicht bedeckt. Folglich kann eine dünne poröse SiO₂-Schicht auf einer photokatalytischen TiO₂-Schicht gebildet werden, und sie kann auch so ausgebildet werden, dass sie eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO₂-Schicht ermöglicht, die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bedecken, wodurch durch die photokatalytische TiO₂-Schicht eine vorteilhafte und einheitliche Photokatalyse bereitgestellt werden kann. Ferner kann auch die Dauerbeständigkeit der porösen SiO₂-Schicht erhöht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das eine Ausführungsform eines hydrophilen Elements der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Tests zeigt, bei dem für jede von Proben eines hydrophilen Elements (Proben eines hydrophilen Elements, das durch Bilden einer photokatalytischen TiO₂-Schicht auf einer Oberfläche eines flachen und glatten Basismaterials und Bilden einer SiO₂-Schicht mit einer Filmdicke von nicht mehr als 50 nm, die durch Gasphasenabscheiden von SiO₂-Gasphasenabscheidungsmolekülen auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht mit einem niedrigen Gasdruck, der einen stabilen Flug der SiO₂-Gasphasenabscheidungsmoleküle ermöglicht, erhalten worden ist, gebildet wurde, wobei die Proben jeweilige photokatalytische TiO₂-Schichten mit unterschiedlichen Dichten umfassen) die Zeit ausgehend von einem Zustand, bei dem die Hydrophilie aufgrund eines Anhaftens von organischem Material an einer Oberfläche davon verloren gegangen ist, bis zur Wiederherstellung der Hydrophilie aufgrund einer Ultraviolettbestrahlung gemessen worden ist.
3 ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Tests zeigt, bei dem für jede von Proben, die denjenigen ähnlich sind, die in dem Test in der 2 verwendet worden sind, die Verkratzungsbelastung für die SiO₂-Schicht gemessen worden ist.
4 ist eine Tabelle, die Ergebnisse eines Tests zeigt, bei dem für jede von Proben, die denjenigen ähnlich sind, die in den Tests in den 2 und 3 verwendet worden sind, die Säurebeständigkeit der SiO₂-Schicht gemessen worden ist.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Vakuumgasphasenabscheidungsvorrichtung 18 zur Herstellung des hydrophilen Elements 10 in der 1 zeigt.
Beschreibung einer Ausführungsform
Die 1 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm einer Ausführungsform eines hydrophilen Elements der vorliegenden Erfindung. Ein hydrophiles Element 10 wird durch Bilden einer photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 auf einer flachen und glatten Oberfläche eines Basismaterials 12 und Bilden einer porösen SiO₂-Schicht 16 als äußerste Schicht auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 ausgebildet. Die poröse SiO₂-Schicht 16 wird so ausgebildet, dass sie eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der porösen SiO₂-Schicht 16 ermöglicht, die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bedecken. Die Dichte der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 beträgt 3,33 bis 3,75 g/cm³ (vorzugsweise 3,47 bis nicht mehr als 3,72 g/cm³, mehr bevorzugt 3,54 bis 3,68 g/cm³). Die Filmdicke der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 beträgt 50 bis 500 nm. Die Filmdicke der porösen SiO₂-Schicht 16 beträgt nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm (vorzugsweise nicht weniger als 15 nm und nicht mehr als 25 nm).
Das hydrophile Element 10 ermöglicht z. B. das Bereitstellen einer Kraftfahrzeugscheibe oder eines Fensterglases für Gebäude durch Bilden des Basismaterials 12 unter Verwendung einer transparenten Glasplatte oder einer transparenten Harz- bzw. Kunststoffplatte. Das hydrophile Element 10 ermöglicht z. B. auch die Bereitstellung eines Außenspiegels des Rückflächenspiegeltyps für ein Fahrzeug oder eines Rückflächenspiegels, wie z. B. eines Badezimmerspiegels, durch Bilden des Basismaterials 12 unter Verwendung einer transparenten Glasplatte oder einer transparenten Harz- bzw. Kunststoffplatte und Bilden eines reflektierenden Films auf einer Rückfläche des Basismaterials 12. Ferner ermöglicht das hydrophile Element 10 z. B. die Bereitstellung eines Vorderflächenspiegels, wie z. B. eines Außenspiegels des Vorderflächenspiegeltyps für ein Kraftfahrzeug, durch Bilden des Basismaterials 12 unter Verwendung einer Glasplatte oder einer Harz- bzw. Kunststoffplatte und Bilden eines reflektierenden Films zwischen dem Basismaterial 12 und der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14. Ferner ermöglicht das hydrophile Element 10 die Bereitstellung eines beschlagbeständigen optischen Elements durch Bilden des Basismaterials 12 unter Verwendung eines optischen Elements wie z. B. einer Linse. Wenn das Basismaterial 12 eine Glasplatte ist, kann zwischen dem Basismaterial 12 und der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 zusätzlich eine Sperrschicht (Barriereschicht) aus z. B. SiO₂ angeordnet werden, so dass die Diffusion von Alkaliionen in dem Basismaterial 12 in die photokatalytische TiO₂-Schicht 14 verhindert wird.
Es wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des hydrophilen Elements 10 in der 1 beschrieben. Dabei wird das Basismaterial 12 unter Verwendung einer Glasplatte gebildet und jede der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 und der porösen SiO₂-Schicht 16 wird mittels Gasphasenabscheidung gebildet.
Die 5 zeigt ein Beispiel einer Gasphasenabscheidungsvorrichtung 18. Eine Vakuumkammer 20 wird durch eine Diffusionspumpe 22 und eine Rotationspumpe 24 evakuiert. In einem oberen Abschnitt der Vakuumkammer 20 ist ein Substrathalter 26 angeordnet und eine Glasplatte 12, die ein Basismaterial für das hydrophile Element 10 bildet, ist durch den Substrathalter 26 gehalten, wobei eine Film-bildende Oberfläche nach unten gerichtet ist. Der Substrathalter 26 wird durch eine Heizeinrichtung 28 erwärmt und die Glasplatte 12 wird mittels des Substrathalters 26 bei einer gewünschten Temperatur gehalten. Ein Tiegel 30 ist an einer Position unterhalb der Glasplatte 12 angeordnet und ein Gasphasenabscheidungsmaterial (Ausgangssubstanz für die Gasphasenabscheidung) 32 wird in dem Tiegel 30 angeordnet. Beispiele für das Gasphasenabscheidungsmaterial 32 zur Bildung einer TiO₂-Schicht 14 umfassen z. B. TiO₂, Ti₂O₃ und Ti. Beispiele für das Gasphasenabscheidungsmaterial 32 zur Bildung einer SiO₂-Schicht 16 umfassen z. B. SiO₂ und SiO.
Das Gasphasenabscheidungsmaterial 32 wird als Ergebnis eines Bestrahlens mit einem Elektronenstrahl 36, der von einer Heißkathode 34 emittiert wird, verdampft. Als reaktives Gas wird Sauerstoffgas 42 von einem Sauerstofftank 40 in die Vakuumkammer 20 eingebracht. Das verdampfte Gasphasenabscheidungsmaterial 32 reagiert mit dem Sauerstoffgas 42 unter Erzeugung von TiO₂ oder SiO₂. Das TiO₂ oder SiO₂, das erzeugt worden ist, wird auf einer Oberfläche der Glasplatte 12 abgeschieden, wodurch eine TiO₂-Schicht 14 oder eine SiO₂-Schicht 16 gebildet wird. Die Filmdicke während der Filmbildung wird durch ein Filmdickenüberwachungsgerät 44 überwacht und die Gasphasenabscheidung wird gestoppt, wenn eine gewünschte Filmdicke erreicht worden ist.

Die Filmeigenschaften des mittels Gasphasenabscheidung abgeschiedenen Films variieren z. B. abhängig von der Temperatur der Glasplatte 12, der Gasphasenabscheidungsgeschwindigkeit und dem Partialdruck des Sauerstoffgases 42 in der Vakuumkammer 20. Ein Beispiel für Filmbildungsbedingungen zur Bildung einer photokatalytischen TiO₂-Schicht, die eine Dichte von 3,33 bis 3,75 g/cm³ aufweist, und zur Bildung einer porösen SiO₂-Schicht 16 auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14, die eine einheitliche Filmdickenverteilung aufweist, die es der SiO₂-Schicht 16 ermöglicht, die gesamte Oberfläche der photokatalytischen TiO₂-Schicht zu bedecken, wenn die Filmdicke der porösen SiO₂-Schicht 16 nicht weniger als 10 nm beträgt, ist in der folgenden Tabelle angegeben.

	Photokatalytische TiO₂-Schicht 14	Poröse SiO₂-Schicht 16
Temperatur der Glasplatte 12	300°C	300°C
Gasphasenabscheidungsgeschwindigkeit	0,5 nm/Sekunde	0,2 nm/Sekunde
Partialdruck des Sauerstoffgases 42	0,016 Pa	0,016 Pa

Nachstehend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Bildung einer photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 und einer porösen SiO₂-Schicht 16 unter Verwendung der Vakuumgasphasenabscheidungsvorrichtung 18 in der 5 beschrieben. Eine photokatalytische TiO₂-Schicht wird z. B. gemäß dem folgenden Verfahren gebildet.

(1) Halten einer Glasplatte 12 in dem Substrathalter 26, Anordnen von z. B. Ti₂O₃ als Gasphasenabscheidungsmaterial 32 in dem Tiegel 30 und Schließen der Vakuumkammer 20.
(2) Betreiben der Rotationspumpe 24 und der Diffusionspumpe 22 zum Evakuieren der Vakuumkammer 20.
(3) Betreiben der Heizeinrichtung 28 zum Erwärmen der Glasplatte 12 auf eine vorgegebene Temperatur mittels des Substrathalters 26.
(4) Einbringen von Sauerstoffgas 42 von dem Sauerstofftank 40 in die Vakuumkammer 20.
(5) Betreiben der Heißkathode 34 zum Bestrahlen des Ti₂O₃, bei dem es sich um ein Gasphasenabscheidungsmaterial 32 handelt, mit einem Elektronenstrahl 36 zum Verdampfen des Ti₂O₃.
(6) Das verdampfte Ti₂O₃ reagiert mit dem Sauerstoffgas 42 unter Bildung von TiO₂. Das erzeugte TiO₂ wird auf der Glasplatte 12 abgeschieden, wodurch ein TiO₂-Film gebildet wird.
(7) Beenden der Filmbildung, wenn etwa 100 nm TiO₂ abgeschieden worden sind.

Nach dem Ende der Bildung der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 wird anschließend eine poröse SiO₂-Schicht 16 gebildet. Eine poröse SiO₂-Schicht 16 wird z. B. gemäß dem folgenden Verfahren gebildet.

(1) Anordnen von z. B. SiO₂ als Gasphasenabscheidungsmaterial 32 in dem Tiegel 30 und Schließen der Vakuumkammer 20.
(2) Betreiben der Rotationspumpe 24 und der Diffusionspumpe 22 zum Evakuieren der Vakuumkammer 20.
(3) Betreiben der Heizeinrichtung 28 zum Erwärmen der Glasplatte 12 auf eine gewünschte Temperatur mittels des Substrathalters 26.
(4) Einbringen von Sauerstoffgas 42 von dem Sauerstofftank 40 in die Vakuumkammer 20.
(5) Betreiben der Heißkathode 34 zum Bestrahlen des SiO₂, bei dem es sich um ein Gasphasenabscheidungsmaterial 32 handelt, mit einem Elektronenstrahl 36 zum Verdampfen des SiO₂.
(6) Das verdampfte SiO₂ wird auf der photokatalytischen TiO₂-Schicht 14 auf der Glasplatte 12 abgeschieden, wodurch ein SiO₂-Film gebildet wird.
(7) Beenden der Filmbildung, wenn etwa 15 nm SiO₂ abgeschieden worden sind.

Da eine äußerste Oberfläche des hydrophilen Elements 10, das durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt worden ist, nur die poröse SiO₂-Schicht 16 umfasst, übt das hydrophile Element 10 hervorragende Effekte bezüglich der Oberflächenhärte und des Aufrechterhaltens der Hydrophilie aus, und zwar verglichen mit Fällen, bei denen die äußerste Oberfläche nur eine photokatalytische TiO₂-Schicht oder eine Schicht aus einem Gemisch von photokatalytischem TiO₂ und SiO₂ umfasst.
Obwohl die vorstehende Ausführungsform in Bezug auf einen Fall beschrieben worden ist, bei dem eine photokatalytische TiO₂-Schicht und eine poröse SiO₂-Schicht mittels Gasphasenabscheidung gebildet werden, kann davon ausgegangen werden, dass die Effekte der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung auch erwartet werden können, wenn beide Schichten oder eine der Schichten mittels eines anderen Dünnfilmbildungsverfahrens (z. B. Sputtern) gebildet werden oder wird.
Bezugszeichenliste

10 ... hydrophiles Element, 12 ... Basismaterial, 14 ... photokatalytische TiO₂-Schicht, 16 poröse SiO₂-Schicht

Claims

Hydrophiles Element, das eine Struktur umfasst, in der eine TiO₂-Schicht, die eine Photokatalyse bereitstellt, derart, dass sie eine Dichte von 3,33 bis 3,75 g/cm³ aufweist, auf einer Oberfläche eines Basismaterials ausgebildet ist, und eine poröse SiO₂-Schicht als eine äußerste Oberflächenschicht derart auf der TiO₂-Schicht ausgebildet ist, dass die poröse SiO₂-Schicht eine Dicke von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm aufweist und die gesamte Oberfläche der TiO₂-Schicht bedeckt.
Hydrophiles Element nach Anspruch 1, bei dem die Dichte der TiO₂-Schicht 3,47 bis 3,72 g/cm³ beträgt.
Hydrophiles Element nach Anspruch 2, bei dem die Dichte der TiO₂-Schicht 3,54 bis 3,68 g/cm³ beträgt.
Hydrophiles Element nach Anspruch 1, bei dem die poröse SiO₂-Schicht nicht weniger als 15 nm und nicht mehr als 20 nm ist.
Hydrophiles Element nach Anspruch 2, bei dem die poröse SiO₂-Schicht nicht weniger als 15 nm und nicht mehr als 20 nm ist.
Hydrophiles Element nach Anspruch 3, bei dem die poröse SiO₂-Schicht nicht weniger als 15 nm und nicht mehr als 20 nm ist.
Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen Elements, umfassend die Schritte: Bilden einer TiO₂-Schicht, die eine Photokatalyse bereitstellt, derart, dass sie eine Dichte von 3,33 bis 3,75 g/cm³ aufweist, auf einer Oberfläche eines Basismaterials, und Bilden einer porösen SiO₂-Schicht als eine äußerste Oberflächenschicht auf der TiO₂-Schicht, derart, dass die poröse SiO₂-Schicht eine Dicke von nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 50 nm aufweist und die gesamte Oberfläche der TiO₂-Schicht bedeckt.