Ny litografiteknik muliggør produktion af titanium-mønstre i nanoskala til højteknologiske applikationer

(Phys.org) -- Titandioxid, eller titanium, er et uorganisk materiale, der almindeligvis anvendes som blegemiddel i fødevarer og tandpasta. Det bruges også som en af ​​de vigtigste aktive ingredienser i solcremer. De egenskaber, der gør titanium brugbar i kommercielle applikationer - nemlig dets blegningsevne og høje brydningsindeks - bliver nu udnyttet i en lang række teknologiske applikationer.

Et særligt område af interesse har været anvendelsen af ​​titaniumdioxid i farvefølsomme solceller - enheder, der kan bruges til at omdanne sollys til elektricitet. Sådan påføring kræver ofte dannelse af indviklede overflademønstre, hvor de vigtigste begrænsende faktorer for udvikling er omkostninger og behandlingshastighed. Nu, Ramakrishnan Ganesan, Mohammad Saifullah og kolleger ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har beskrevet brugen af ​​en teknik kaldet step-and-flash imprint litografi (SFIL) til at producere sådanne mønstre på nanoskala.

"Forstadiet til SFIL er termisk nanoimprint litografi, hvilket er ekstremt tidskrævende, da det kræver temperaturcykliske processer at danne et mønster, ” forklarer Saifullah. "En form kunne presses ind i et opvarmet (og blødgjort) resistmateriale, eller en flydende forløber kunne presses ind i en form og derefter hærde ved opvarmning."

Nyere processer eliminerer behovet for opvarmning ved at bruge bestråling med ultraviolet (UV) lys til at hærde polymeren. Selvom denne proces kan være ideel til organiske polymermaterialer, det er mere problematisk, når der anvendes uorganiske materialer såsom titaniumoxid, da de flydende prækursormaterialer er meget viskøse og ikke spredes let. Som resultat, dispenseringsmundstykket kan nogle gange blive blokeret.

De kemikalier, der bruges til at fremstille titaniumdioxid, kan også være ustabile i opløsning, så holdet var nødt til at identificere en blanding af komponenter, der tilbød en kombination af stabilitet og lav viskositet. "Vi fandt ud af, at et allylfunktionaliseret titaniumkompleks var stabilt i kombination med andre polymerprækursorer, ” forklarer Saifullah. Den sidste komponent i blandingen er en fotoinitiator - som starter polymerisationsprocessen ved bestråling med UV-lys.

Blandingen blev dispenseret på overfladen i form af dråber, og formen presses på plads for at hjælpe væsken med at sprede sig. Bestråling med UV-lys resulterer i hærdning af mønsteret, hvorefter formen kan fjernes. Et sidste opvarmningstrin brænder det organiske materiale væk, efterlader en krympet version af det originale mønster lavet af titanium (se billede). Væsentligt, størrelsesforholdet af mønsteret opretholdes efter varmebehandlingsprocessen.

"Vores nuværende metode er ret specifik for titania, men efter at have behandlet dette vigtigste materiale, vi håber at udvikle lignende procedurer for andre uorganiske materialer, ” siger Saifullah.