(Phys.org) -- Titaandioxide, of titaan, is een anorganisch materiaal dat gewoonlijk wordt gebruikt als bleekmiddel in voedsel en tandpasta. Het wordt ook gebruikt als een van de belangrijkste actieve ingrediënten in zonnebrandmiddelen. De eigenschappen die titania nuttig maken in commerciële toepassingen - namelijk het witmakende vermogen en de hoge brekingsindex - worden nu benut in een breed scala aan technologische toepassingen.

Een specifiek aandachtsgebied was de toepassing van titania in kleurstofgevoelige zonnecellen - apparaten die kunnen worden gebruikt om zonlicht om te zetten in elektriciteit. Een dergelijke toepassing vereist vaak de vorming van ingewikkelde oppervlaktepatronen, met als belangrijkste beperkende factoren voor ontwikkeling de kosten en de verwerkingssnelheid. Nutsvoorzieningen, Ramakrishnan Ganesan, Mohammad Saifullah en medewerkers van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering hebben het gebruik beschreven van een techniek genaamd step-and-flash imprint lithography (SFIL) om dergelijke patronen op nanoschaal te produceren.

“De voorloper van SFIL is thermische nano-imprintlithografie, wat extreem tijdrovend is omdat het temperatuurcyclische processen vereist om een ​​patroon te vormen, ', legt Saifullah uit. "Een mal kan in een verwarmd (en verzacht) resistmateriaal worden geperst of een vloeibare precursor kan in een mal worden geperst en vervolgens bij verwarming worden uitgehard."

Nieuwere processen elimineren de noodzaak van verwarming door gebruik te maken van bestraling met ultraviolet (UV) licht om het polymeer uit te harden. Hoewel dit proces ideaal kan zijn voor organische polymeermaterialen, het is problematischer bij gebruik van anorganische materialen zoals titania, aangezien de vloeibare voorlopermaterialen zeer viskeus zijn en zich niet gemakkelijk verspreiden. Als resultaat, het afgiftepijpje kan soms verstopt raken.

De chemicaliën die worden gebruikt om titania te maken, kunnen ook onstabiel zijn in oplossing, dus moest het team een ​​mengsel van componenten identificeren dat een combinatie van stabiliteit en lage viscositeit bood. "We ontdekten dat een allyl-gefunctionaliseerd titaniumcomplex stabiel was in combinatie met andere polymeerprecursoren, ', legt Saifullah uit. Het laatste bestanddeel van het mengsel is een foto-initiator - die het polymerisatieproces start na bestraling met UV-licht.

Het mengsel werd in de vorm van druppeltjes op het oppervlak aangebracht, en de mal op zijn plaats gedrukt om de vloeistof te helpen verspreiden. Bestraling met UV-licht resulteert in verharding van het patroon, waarna de mal kan worden verwijderd. Een laatste verwarmingsstap verbrandt het organische materiaal, met achterlating van een gekrompen versie van het originele patroon gemaakt van titania (zie afbeelding). aanzienlijk, de aspectverhouding van het patroon blijft behouden na het warmtebehandelingsproces.

“Onze huidige methode is vrij specifiek voor titania, maar na het aanpakken van dit belangrijkste materiaal, we hopen soortgelijke procedures te ontwikkelen voor andere anorganische materialen, ', zegt Saifullah.