Ученые создали новый нанокомпозит из золота и титана

Ученые использовали лазеры и частицы золота, чтобы превратить оксид титана в нанокомпозит для фотокатализаторов. Исследователи из Университета ИТМО вместе со своими коллегами из Франции и США продемонстрировали, как можно использовать фемтосекундный лазер для настройки структуры и нанокомпозитных свойств пленок диоксида титана, заполненных наночастицами золота. Статья об этом опубликована в The Journal of Physical Chemistry C.

Оксиды различных металлов часто служат фотокатализаторами в различных системах, таких как очистка воздуха, реакции разложения воды и даже при производстве самоочищающихся поверхностей для стекла и зеркал. Физико-химические свойства таких материалов могут быть улучшены путем добавления наночастиц, которые превращают обычный оксид в наноматериал с новыми возможностями. Однако для успешного выполнения нужно понимать процессы, происходящие при формировании нанокомпозита, и уметь их контролировать.

Некоторое время назад ученые и инженеры создали ряд специальных материалов, способных ускорять химические процессы при воздействии света. Это открытие имеет большое значение для промышленности, потому что их можно использовать в самых разных устройствах: от очистителей воздуха до топливных элементов. Одним из подобных перспективных материалов является диоксид титана, в который можно влить наночастицы золота для улучшения его фотокаталитических свойств.

На самом деле, изготовление таких композиционных материалов остается сложной задачей. Существуют определенные трудности с размещением наночастиц внутри оксидных пленок, и еще сложнее контролировать их размер и распределение. Международная группа исследователей, в том числе из Университета ИТМО, предложила использовать лазерное излучение для достижения этой цели.

«Если мы подвергаем такие материалы лазерному излучению, как частицы золота, так и матрицы диоксида титана вокруг них изменяют свои свойства».

Максим Сергеев, научный сотрудник ИТМО.

Исследователи из Университета ИТМО и лаборатории Хьюберта Кюриена провели эксперимент, в котором тонкие пленки пористого диоксида титана были пропитаны ионами золота, быстро образующими частицы в масштабе нескольких нанометров. Затем материал подвергался лазерному излучению. Оказалось, что при правильно выбранном фемтосекундном лазерном облучении можно эффективно контролировать рост наночастиц, не повреждая материал. Например, если лазер движется с очень низкой скоростью, вокруг недавно выращенных наночастиц в пленке диоксида титана могут образовываться полости.

Вместе с исследователями из Университета Аризоны была разработана модель для объяснения этого эффекта, которая помогла определить температурное поле в материале, когда он подвергался лазерному излучению. Модель учитывала резонансное поглощение на металлических частицах, усиление локального поля, фотоиндуцированную генерацию несвязанных электронов и фотоэмиссию. Оказалось, что материал нагревается сильнее, когда в нем содержатся как более мелкие, так и более крупные частицы, хотя его температура все еще недостаточно высока, чтобы расплавить или разрушить материал для правильно выбранных параметров лазера.

В результате экспериментов и моделирования исследователи теперь могут лучше понять механизмы формирования нанокомпозитных пленок и получить больше возможностей для управления их свойствами. Использование лазеров для этих целей упростит производство таких «позолоченных» пленок диоксида титана, что облегчит их применение в промышленности. Однако сейчас технология еще совсем не готова для производства больших масштабах, и проводятся дополнительные исследования.


Читайте также:

Исследование: коронавирус выживает вне зависимости от температуры воздуха и широты.

НАСА показала самое подробное изображение древних рек на Марсе.

Астрономы поняли природу красных полос на астероиде Рюгу.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Найдены доказательства необычной силы магнитного поля Земли в прошлом
Наука
Посмотрите, как быстро робот-гуманоид управляется с домашними задачами
Новости
Ядро атома впервые возбудили лазером: это открывает сверхточные измерения времени
Наука
Чек-лист: как обеспечить информационную безопасность маркетплейса
Мнения
Экспериментальный лазер передал данные с зонда «Психея» на расстоянии 226 млн километров
Космос
Посмотрите на самое близкое фото обломка ракеты в космосе
Космос
Ученые нашли следы древних ритуалов майя на благословение
Наука
В Китае появились батареи со сверхбыстрой зарядкой для электрокаров: запас хода составляет 1000 км
Новости
Найдены скрытые «дорожки для мертвых»: их обнаружили с помощью лидара
Наука
Беспилотные грузовики Evocargo начинают работу во «Внуково» в рамках эксперимента
Новости
«Человеческие нейронные сети потребляют около 20 Вт, а искусственные — сотни ватт»
Технологии
Ученые считают, что недалеко от Земли есть «живая» планета
Новости
Китай готов к автономным летающим такси: когда будут первые полеты
Новости
Посмотрите на сотни черных «пауков», которые заполонили Марс весной
Космос
Где похоронен Платон: ученые наконец-то нашли ответ
Наука
Почему мужчины умирают в России на 10 лет раньше женщин: в Минздраве назвали причину
Новости
Крошечный и тонкий экран отслеживает активность мозга во время операции
Новости
Российские школьники создают автономную систему для борьбы с браконьерами
Новости
Телескоп НАСА наблюдал сверхновую, которая противоречит современным теориям
Космос
Данные передали со скоростью 25 Мбит/с на расстоянии в 226 000 000 км
Космос