Fra laboratorium til industri? Ideelt bestilte porøse titanium-film, lavet i skala

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har indset højkapacitetsproduktion af tynde, bestilte gennemhullede membraner af titaniumdioxid. Titania-lag blev dyrket under anvendelse af anodisering på maskeætset titanium, før de blev krystalliseret. Anvendelse af en anden anodisering, de konverterede en del af laget tilbage til en amorf tilstand. Den amorfe del blev derefter selektivt opløst for at frigøre filmen, mens skabelonen blev intakt. Dette baner vejen for industriel produktion af bestilte titaniumoxidmembraner til fotonik.

Titania, eller titaniumdioxid, måske det mest nyttige stof, du aldrig har hørt om. Det er meget udbredt som pigment, og er den aktive ingrediens i de fleste solcremer, med stærke UV-absorberende egenskaber. Det findes som et reflekterende lag i spejle, samt belægninger til selvrens, anti-dugoverflader. Vigtigt for industrien, det kan accelerere alle mulige kemiske reaktioner i nærvær af lys; det findes allerede i byggematerialer for at fremskynde nedbrydningen af ​​skadelige forurenende stoffer i luften, med arbejde i gang med at anvende det på luftfiltre, vandrensere og solceller.

Det er det stærke samspil mellem titanium og lys, der gør det til det fremtidige materiale til en lang række applikationer, der involverer fotonik, især fotoniske krystaller, ordnede arrays af materiale, som kan absorbere eller transmittere lys afhængigt af deres bølgelængde. For at lave disse "krystaller, "Forskere har fundet på måder at skabe porøse titanium-film i laboratoriet, hvor små huller, snesevis af nanometer på tværs, er mønstret på tynde titaniumdioxidlag i ordnede arrays. På trods af deres løfte, imidlertid, det er stadig ikke muligt at producere dem i skala, en stor anstødssten for at få dem ud af laboratoriet og ind i den nyeste fotoniske teknologi.

Nu, et team ledet af lektor Takashi Yanagishita og prof. Hideki Masuda fra Tokyo Metropolitan University har taget et vigtigt skridt i retning af at udvikle en industriel produktionsproces. Tidligere, de fandt på en metode til at "stemple" mønstre på titaniummetal, før de dyrkede et lag titaniumdioxid ved hjælp af en metode kaldet anodisering. Lagene havde huller, som dannede det samme mønster som dem, der var lavet kunstigt på metallet. Men fordi titanium er så hårdt, frimærkerne holdt ikke ret længe. Nu, de har fundet på en metode, der helt undgår frimærker. Efter at de har dyrket et lag titanium med ordnede arrays af huller på en ætset titanium skabelon, de tilfører varme, at ændre det amorfe, uordnet struktur af titaniumdioxid til en krystallinsk form. De gennemgår derefter en anden anodisering; et lag tæt på den oprindelige skabelonoverflade vender tilbage til en uordnet tilstand. Fordi uordnet og krystallinsk titaniumoxid opløses forskelligt, de er derefter i stand til selektivt at opløse det lag, der stadig er i kontakt med skabelonen, ved hjælp af syre, efterlader et frit lag titanium med det samme gennemgående hulmønster.

Af de mange fordele ved deres metode, en vigtig fordel er, at skabelonmønsteret på metallet efterlades intakt. Efter at filmen er fjernet, den samme skabelon kan genbruges igen og igen. Holdet eksperimenterede også med forskellige mellemrum, går ned til huller med en afstand på kun 100nm. Vigtigt, protokollen er skalerbar og høj kapacitet, hvilket betyder, at det måske ikke varer længe, ​​før industrielle mængder gør deres vej ind i kommercielle produkter. Teamet håber, at deres metode ikke kun vil bringe udbredt anvendelse et skridt nærmere, men kan anvendes på en lang række andre nanostrukturerede materialer med forskellige funktioner.