Автор AZoNano 15 марта 2021 г.

Ученые из Токийского столичного университета разработали новый метод создания упорядоченных массивов наноотверстий в тонких пленках металлических оксидов с использованием ряда переходных металлов. Команда использовала шаблон для предварительного создания рисунка на металлических поверхностях с упорядоченным набором ямок перед применением электрохимии для выборочного выращивания оксидного слоя с отверстиями. Этот процесс делает доступным более широкий выбор упорядоченных массивов наноотверстий из переходных металлов для новых приложений для катализа, фильтрации и зондирования.

Ключевой задачей нанотехнологий является получение контроля над структурой материалов в наномасштабе. В поисках материалов, которые являются пористыми в этом масштабе длины, область электрохимии предлагает особенно элегантную стратегию: анодирование с использованием металлических электродов, особенно алюминия и титана, может быть использовано для формирования упорядоченных массивов «наноотверстий» в слое металлического оксида.

При правильных условиях эти отверстия принимают строго упорядоченную структуру с жестким контролем их расстояния и размера. Эти упорядоченные пористые пленки оксидов металлов идеальны для широкого спектра промышленных применений, таких как фильтрация и эффективный катализ. Но чтобы вывести их из лаборатории и повсеместно использовать, методы производства должны стать более масштабируемыми и совместимыми с более широким спектром материалов.

Войдите в команду под руководством профессора Такаши Янагишита из Токийского столичного университета, который раздвигает границы упорядоченного изготовления массивов нанотверстий.

В предыдущей работе они разработали масштабируемый метод создания упорядоченных массивов наноотверстий в тонких пленках оксида алюминия. Пленки команды могли быть сделаны диаметром до 70 мм и легко отделялись от подложек, на которых они сделаны. Теперь они использовали эти пленки для создания подобных узоров с использованием гораздо более широкого диапазона оксидов переходных металлов.

Используя упорядоченный нанопористый оксид алюминия в качестве маски, они использовали измельчение с ионами аргона для травления упорядоченных массивов мелких ямок на поверхностях различных переходных металлов, включая вольфрам, железо, кобальт и ниобий.

Затем, анодируя поверхности с ямочками, они обнаружили, что тонкие слои оксида металла образовывались с отверстиями там, где были ямочки. Предыдущие усилия действительно сделали наноразмерные дыры, например, в пленки оксида вольфрама, но отверстия не были упорядочены, с небольшим контролем их размера или расстояния, благодаря чему впервые упорядоченные массивы наноотверстий были изготовлены с использованием этих оксидов переходных металлов.

Вдобавок к этому, изменив свойства маски, они напрямую продемонстрировали, как они могут легко регулировать расстояние между отверстиями, делая свой метод применимым к широкому спектру нанопористых узоров с различными приложениями.

Эти наноструктурированные пленки ждут захватывающие применения, включая фотокатализ, сенсорные приложения и солнечные элементы.

Команда уверена, что их новый масштабируемый, настраиваемый метод создания упорядоченных массивов нанотверстий с более свободным выбором материалов поможет активизировать усилия по выводу этой захватывающей области нанотехнологий из лаборатории в более широкий мир.

Эта работа была поддержана грантом JSPS KAKENHI для научных исследований, номер гранта JP20K05171.

Источник: https://www.tmu.ac.jp/english/index.html