科学家用金和氧化钛制造出新的纳米复合材料

不同金属的氧化物通常在各种系统中用作光催化剂，例如空气净化、水分解反应，甚至在玻璃和镜子的自清洁表面的生产中。这种材料的物理化学特性可以通过添加纳米粒子来改善，纳米粒子将普通的氧化物变成具有新功能的纳米材料。然而，要成功实现这一点，就必须了解形成纳米复合材料的过程，并能够控制它们。ITMO 大学的研究人员与来自法国和的同事一起展示了如何使用飞秒激光来调整填充有金纳米粒子的二氧化钛薄膜的结构和纳米复合材料特性。论文发表在ACS 物理化学杂志的C。

前一段时间，科学家和工程师创造了许多特殊材料，当暴露在光线下时，它们能够加速化学过程。这些发现对工业具有重大意义——此类材料可用于各种设备，从空气净化器到燃料电池。一种这样有前途的材料是二氧化钛，它可以注入金纳米粒子以改善其光催化性能。该领域的研究由 ITMO 大学的研究人员进行。

事实上，这种复合材料的制造仍然具有挑战性。二氧化钛和金纳米粒子的薄膜可以分开制作，但是这两种成分的组合方法还有待确定。将纳米粒子置于氧化膜内部存在一定的困难，更难以控制它们的大小和分布。一个国际研究小组，包括来自 ITMO 大学的研究人员，建议使用激光辐射来实现这一目标。“如果我们对这些材料进行激光辐射，金粒子和它们周围的二氧化钛基质都会改变它们的特性，”ITMO 的研究助理 Maksim Sergeev 解释说。

ITMO 大学和 Hubert Curien 实验室的研究人员进行了一项实验，在多孔二氧化钛薄膜中浸​​渍金离子，迅速形成几纳米级的颗粒。然后，对材料进行激光辐射。It turned out that with the properly chosen femtosecond laser irradiation, it is possible to effectively control the growth of nanoparticles without damaging the material. 例如，如果激光以非常低的速度移动，则可能会在二氧化钛薄膜中新生长的纳米粒子周围形成空腔。

“我们与亚利桑那大学的研究人员一起开发了一个模型来解释这种效应，帮助我们确定材料受到激光辐射时的温度场。该模型考虑了金属颗粒的共振吸收、局部场增强、光诱导产生未结合的电子和光发射。当材料包含更小和更大的粒子时，结果证明它会加热更多，尽管它的温度仍然不足以熔化或破坏正确选择的激光参数的材料，“Tatiana Itina 阐述道，法国科学研究中心 Hubert Curien 实验室研究主任。

作为实验和模拟的结果，研究人员现在可以更好地了解纳米复合膜形成背后的机制，并有更多的可能性来控制其性能。将激光用于这些目的将简化这种“镀金”二氧化钛 薄膜的生产，这将使它们更容易在工业中实施。然而，目前该技术还远未准备就绪，其他研究正在进行中。

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