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二氧化钛薄膜生产方法支持工业生产过程并提高效率

发布:WD114EVA    |    2021-01-07 22:39    阅读:635
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二氧化钛薄膜生产方法支持工业生产过程并提高效率

东京Metropolitan University的研究人员已经实现了薄而有序的二氧化钛通孔膜的高产量生产方法。该方法依赖于阳极化工艺,它是一种增加金属零件表面天然氧化物层厚度的过程,本例中为掩模版刻蚀的钛,并绘制了用于生产集成光子的有序钛膜的工业生产路线。

这个被称为二氧化钛的材料通常用于制造光子晶体,作为镜子中的反射层或者作为自我清洁和防雾表面的涂层。它还可以用作颜料和作为紫外线吸收剂(通常作为防晒霜中的活性成分)。在光的存在下,它还会加速化学反应,使其成为工业应用的宝贵材料,例如它可以帮助分解嵌入到建筑材料中的有害污染物。

顶部:一种新的高产量工艺,用于制造二氧化钛的有序通孔膜。左下角:扫描二氧化钛通孔膜的电子显微镜图。右下角:扫描通孔膜的横截面电子显微镜图。Tokyo Metropolitan University 供图。

在新引入的阳极化方法中,由Takashi Yanagishita和Hideki Masuda描述的阳极化发生在掩模版刻蚀的钛上。科学家们将热量应用到蚀刻的钛模板上,在模板上,他们长出了一层二氧化钛,带着有序通孔阵列。热量的传递将无定形和无序的二氧化钛结构转变为晶体结构。在第二种情况下应用阳极化工艺,研究人员将产生的部分晶体层转换回无定形状态。然后,他们逐渐溶解无定形部分,以释放模板中的膜,而不更改模板的形状。由于无序和结晶二氧化钛溶解的方式不同,研究小组能够使用酸液选择性地溶解与模板保持接触的层。剩余的二氧化钛层具有与工艺开始时存在的相同通孔图案。

研究人员已经开发出在实验室环境中制造多孔二氧化钛膜的方法,方法是将几十纳米宽的孔型图案转化到位于有序阵列中的薄层二氧化钛上。虽然该方法被证明是有效的,但该工艺并不能使科学家大规模地制造薄膜,这是应用到光子学技术中的应用所必需的。

以Takashi Yanagishita和Hideki Masuda为首的研究小组之前曾引入一种"冲压"方法,他们利用这种方法在使用阳极化工艺生长二氧化钛层之前对钛金属进行图案化。其孔形成的图案与在金属上人为制造的孔形成的图案相同,虽然由于钛的硬度,单个冲压图案迅速消失。新方法完全避免了冲压工艺,而是依靠热传递。金属上的模板图案也保持不变,这意味着模板在去除薄膜后可以重复使用。研究人员还用不同的间距进行测试,将物理分离减小到100纳米。研究人员说,他们的协议的可扩展性和高吞吐量可以加快推进商业生产的速度。他们说这种方法还适用于各种具有不同功能的纳米结构材料。

这项工作得到了Light Metal Educational Foundation和日本Society for the Promotion of Science(JSPS)资助科学研究项目(KAKHENI)的支持。这项研究成果发表在《RSC Advances》上。(www.doi.org/10.1039/D0RA07650C).

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