Preparation of High-Performance Metal-Free UV/Near Infrared-Shielding Films for Human Skin Protection

电磁屏蔽 材料科学 红外线的 金属 人体皮肤 光电子学 光学 复合材料 冶金 物理 遗传学 生物
作者
Chih-Hao Liang,Ying‐Jung Chen
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (8): 1954-1954 被引量:12
标识
DOI:10.3390/nano11081954
摘要

A series of metal-free UV/near infrared (NIR)-shielding coatings are successfully fabricated by shielded cathodic arc plasma evaporation (CAPE) and substrate-biased RF magnetron sputtering processes. The UV/NIR-shielding coatings comprising quarter-wave stacks of TiO2/SiO2 multilayers and high-conductivity sputter-deposited ITO films with a thickness in the range of 200–600 nm could block IRA and IRB radiations, respectively. The total thicknesses of UV/near infrared-shielding films are in the range from 375 nm to 1513.8 nm. The anatase-phase TiO2 films with absorption edge located at ∼375 nm were deposited by shielded CAPE at ∼100 °C. Further, the well-crystallized ITO films were found to have high free-electron concentrations (1.12 × 1021 cm−3), resulting in strong absorption of IRB due to the plasmon resonance absorption. The optimal optical design and ITO film thickness were investigated, and the TiO2(SiO2/TiO2)3 multilayer combined with an ITO film thickness of 400 nm was found to provide a high NIR-shielding rate of 94.8%, UVB to UVA-shielding rate of 92.7%, and average visible light transmittance of 68.1%. Further, human skin cells protected by a UV/NIR-shielding coating showed significantly decreased reactive oxygen species generation and inflammatory cytokine expression as compared to those of unprotected cells. The results demonstrate that the development of multifunction coatings have potential for transparent heat insulation windows and human skin protection against UV/IR radiations.
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