Nanodeeltjes van titaniumdioxide met goud absorberen ongeveer 96% van het zonnespectrum en zetten het om in warmte. Het materiaal kan de verdamping in ontziltingsinstallaties tot 2,5 keer versnellen en kan gevaarlijke moleculen en verbindingen opsporen. Een internationaal onderzoeksteam met vertegenwoordigers van de Far Eastern Federal University (FEFU), ITMO-universiteit, en de afdeling in het Verre Oosten van de Russische Academie van Wetenschappen, een gerelateerd artikel gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces.

Toegang tot veilig water is opgenomen in de 17 Duurzame Ontwikkelingsdoelen van de VN. In de tussentijd, de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO), en het Kinderfonds (UNICEF) hebben het probleem aangepakt in een rapport uit 2019, opmerkend dat 2,2 miljard mensen geen toegang hebben tot veilig drinkwater.

Een van de manieren om te zorgen voor schoon drinkwater is het ontzilten van zeewater door verdamping en daaropvolgende concentratie van stoom. Om een ​​grotere productie te realiseren, nieuwe materialen om de verdamping te versnellen zijn gewenst. In de afgelopen vijf jaar, dit is wereldwijd een snel groeiend onderzoeksveld geworden.

Dergelijke innovatieve materialen zijn ontworpen door FEFU, FEBRUARI, en ITMO University-wetenschappers werkten samen met collega's uit Spanje, Japan, Bulgarije, en Wit-Rusland. Onderzoekers beweren dat het kan worden gebruikt als nanoverwarmer voor waterverdamping en als optische detector in sensorsystemen die de kleinste sporen van verschillende stoffen in een vloeistof volgen. Latere eigenschappen kunnen relevant zijn voor microfluïde biomedische systemen, lab-op-chips, en milieumonitoring van verontreinigende stoffen, antibiotica, of virussen in water.

"Bij laserbestraling, het aanvankelijk kristallijne titaandioxide werd volledig amorf en kreeg sterke en breedbandige lichtabsorberende eigenschappen. Versiering en dotering van het materiaal door gouden nanoclusters vergemakkelijkten bovendien de absorptie van zichtbaar licht. aanvankelijk, we waren van plan om de functie te gebruiken in de context van zonne-energie, maar realiseerden ons al snel dat door de nieuwe amorfe structuur nanodeeltjes in de actieve laag van zonnecellen de geabsorbeerde zonne-energie zullen omzetten in warmte in plaats van in elektriciteit. Maar het idee kwam om het te gebruiken als een soort nanoverwarmer in een ontziltingstank, die met succes werd gedaan in laboratoriumomstandigheden, " zegt een van de auteurs van het artikel Alexander Kuchmizhak, een senior onderzoeker aan het Instituut voor Automatiserings- en Controleprocessen van de FEB RAS.

Het materiaal werd verkregen door een eenvoudige en milieuvriendelijke technologie van laserablatie in een vloeistof.

"We hebben nanopoeders van titaniumdioxide toegevoegd aan een vloeistof die goudionen bevat en het mengsel bestraald met laserpulsen van het zichtbare spectrum. De methode vereist geen dure apparatuur, gevaarlijke chemicaliën en kunnen eenvoudig worden geoptimaliseerd om uniek nanomateriaal te synthetiseren met een snelheid van gram per uur, " zei onderzoeksdeelnemer Stanislav Gurbatov, junior onderzoeker bij FEFU Polytechnic Institute (School).

Van belang, de initiële nanodeeltjes van titaniumdioxide absorberen geen zichtbare laserstraling. Echter, ze katalyseren de vorming van goudclusters van nanogrootte op hun oppervlak en stimuleren het verder smelten van titaniumdioxide. Verschillende hybride nanodeeltjes smelten samen en vormen een unieke nanomorfologie, waarin gouden nanoclusters zich zowel binnen als op het oppervlak van titaniumdioxide bevinden.

Au-gedecoreerd amorf titaniumdioxide-nanopoeder lijkt volledig zwart voor het menselijk oog, omdat het licht binnen het gehele zichtbare lichtspectrum efficiënt absorbeert zoals een zwart gat in de ruimte doet en het omzet in warmte. In scherp contrast, het commerciële titaniumdioxidepoeder dat als uitgangsmateriaal wordt gebruikt, is wit.

De ontwikkeling van nieuwe materialen, inclusief die welke nieuwe beheersbare fysieke principes ondersteunen voor een breed scala aan toepassingen, bestaat uit prioritaire gebieden van FEFU waaraan wetenschappers werken in nauwe samenwerking met de Russische Academie van Wetenschappen, binnen- en buitenlandse collega's.