Диоксид титана для разработки нанонасосов механического напряжения

Двуокись титана анатаза – дешевый и доступный материал. Теперь новое свойство этого материала было обнаружено исследователями из EPFL, Германии и Франции, которые обладают потенциальными приложениями в качестве среды для датчиков комнатной температуры механического напряжения в наномасштабе и с оптическим считыванием.

Ультрабыстрая двумерная установка глубокой ультрафиолетовой спектроскопии в ЭПФЛ, используемая для экспериментов на наночастицах анатаза TiO2. (Изображение: Франческо Пеннаккио)

В материаловедении и технике определение механического напряжения в наномирах представляет собой серьезную проблему. Интегралом этого развития является способность интегрировать недорогие наноматериалы, которые отвечают механическим нагрузкам и основным схемам обнаружения. Перспективным направлением является разработка наноразмерных датчиков с оптическим считыванием. Тем не менее, не существует известных наноматериалов, которые могут изменять свои светопоглощающие свойства при механическом воздействии простым и предсказуемым образом, особенно при комнатной температуре. Такие типы материалов были бы очень полезны в нескольких областях применения, от метрологии до бионауки.

В твисте лаборатория Маджеда Чергуя в EPFL в Лозаннском центре сверхбыстрых наук в сотрудничестве с теоретическими командами Паскаля Руелло в Университете Ле-Мана и Анджела Рубио в Макс-Планке (Гамбург) показала что поле может быть трансформировано наночастицами полифата анатаза диоксида титана.

Будучи дешевым и богатым материалом, двуокись титана уже используется во многих различных областях применения, включая фотокатализ, фотовольтаику, краски, солнцезащитный крем, прозрачные проводящие подложки, очистку воды и воздуха. Последний вывод исследователя, опубликованный в Nano Letters Черги и его коллеги, показывает, что диоксид титана является наиболее благоприятным кандидатом для создания тензоров с комнатной температурой с оптическим считыванием.

В своих экспериментальных установках ученые впервые представили механическую волну напряжений внутри наночастиц диоксида титана при комнатной температуре, а затем наблюдали их оптический отклик в окрестности основной полосы поглощения материала, известной как «экситон». Они обнаружили, что при приложении механического напряжения последний испытывает изменение интенсивности. Однако этот основной ответ не коррелирует с поведением всех известных материалов, оптические реакции которых на механическое напряжение являются непредсказуемыми и сложными. Эти новейшие открытия открывают новые возможности для разработки наносенсоров с оптическим считыванием, построенным на одной частоте лазера, отрегулированной до экситонного резонанса.

Поскольку диоксид титана уже интегрирован в широкий спектр устройств, и имеется обширный опыт для его интеграции с другими системами, эти последние результаты могут привести к новому классу оптических датчиков механического напряжения в наноуровне.

Это наблюдение стало возможным благодаря нашим новым сверхбыстрым лазерным методам в ультрафиолетовом ультрафиолете. Мы ожидаем, что наш экспериментальный метод приведет к еще более захватывающим открытиям в наном мире в ближайшем будущем.

Эдоардо Бальдини, первый автор

Source link