二氧化鈦納米管(titanium dioxide, TiO2)廣泛使用于空氣凈化、自潔表面制作、光伏裝置、感知器以及生醫(yī)領(lǐng)域。摩爾多瓦、澳洲與英國研究人員最近開發(fā)出一種新方法，利用聚焦激光束改變這些納米管狀結(jié)構(gòu)的折射率，此結(jié)果能進(jìn)一步擴(kuò)展這些材料的應(yīng)用潛能。
此新技術(shù)使用聚焦激光束直接照射于TiO2納米管薄膜表面上，光束所造成的熱能可控制薄膜的局部結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此改變了材料的折射率。此研究團(tuán)隊由摩爾多瓦科技大學(xué)(Technical University of Moldova) Ion Tiginyanu所領(lǐng)軍，他們在0 °C的電解液(含乙二醇和氫氟酸)中對鈦薄膜進(jìn)行陽極氧化處理以產(chǎn)生TiO2納米碳管薄膜。此技術(shù)產(chǎn)生有序納米管數(shù)組并以2D六角晶格排列。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以聚焦激光束照射TiO2薄膜可產(chǎn)生兩種不同晶相：銳鈦礦(anatase) 與金紅石(rutile)。此激光處理可產(chǎn)生這兩種晶相的組合，或是銳鈦礦相的單獨(dú)存在。優(yōu)點(diǎn)在于此寫入效果似乎具永久性，形成之后便難以改變此銳鈦礦相。當(dāng)激光功率高于0.4×105 W cm–2時，納米碳管結(jié)構(gòu)會形成金紅石核心及銳鈦礦殼層。然而，激光功率須保持于1×105 W cm–2 之下才能保持納米管矩陣的初始形貌。
Tiginyanu解釋，銳鈦礦和金紅石相的形成乃是由于激光所產(chǎn)生的高溫。最熱的激光光點(diǎn)中心區(qū)域會產(chǎn)生金紅石結(jié)構(gòu)，而溫度較低的圓周區(qū)域則導(dǎo)致銳鈦礦的形成。該研究團(tuán)隊使用微拉曼(micro-Raman)及微陰極發(fā)光(micro-cathodoluminescence)掃描系統(tǒng)確認(rèn)此兩種不同材料相的特征，并且證明這兩種結(jié)構(gòu)有不同的折射率。
激光束處理后的TiO2納米管可望用來制作光波導(dǎo)、分光器、環(huán)形共振器以及其它光電結(jié)構(gòu)，而如此無須光罩的直接寫入技術(shù)可望大幅增加這些納米管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。該研究團(tuán)隊包含澳洲新南韋爾斯大學(xué)。
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