Un foglio di nanofibra di ossido di titanio è stato sviluppato da un gruppo di ricerca finanziato da FAPESP attraverso l'elettrofilatura e la deposizione di strati atomici (immagine al microscopio a forza atomica di un film sottile di TiO2 di circa 100 nanometri). Credito:FAPESP
Ossido di titanio (TiO 2 ) le nanofibre possono avere varie applicazioni, come in catalizzatori e filtri. Quando TiO 2 è eccitato dalla luce ultravioletta, degrada il materiale organico. Quindi, TiO 2 può essere applicato per filtrare le acque reflue per il riutilizzo, Per esempio.
Un nuovo metodo di fabbricazione di queste fibre è stato sviluppato in Brasile da Rodrigo Savio Pessoa e Bruno Manzolli Rodrigues, ricercatori presso il Plasma and Process Laboratory (LPP-ITA) dell'Istituto di tecnologia aeronautica e l'Istituto di scienza e tecnologia dell'Universidade Brasil (ICT-UB), nell'ambito di un progetto sostenuto dalla São Paulo Research Foundation—FAPESP. Un articolo sull'argomento è stato pubblicato su Materiali oggi:Atti .
"La tecnica che abbiamo usato si chiama deposizione di strati atomici. Promuove la crescita del materiale strato dopo strato, o anche molecola per molecola, " disse Pessoa.
Nello studio, TiO 2 è stato depositato su nanofibre di PBAT (poli (butilene adipato-co-tereftalato)), un biopolimero che si degrada rapidamente in natura, a differenza del PET (polietilentereftalato), che rimane intatto per decenni.
Il primo passo è stato quello di produrre una membrana di nanofibre PBAT, che è stato fatto da elettrofilatura, una tecnica simile a quella usata per fare lo zucchero filato, ma comportando una procedura elettrostatica.
"Una soluzione PBAT è stata elettrofilata per produrre nanofibre ultrasottili spesse solo poche centinaia di nanometri. Queste fibre costituivano il foglio utilizzato come substrato, " disse Pesso.
Il passo successivo è stato quello di rivestire ogni fibra con TiO 2 . "La deposizione dello strato atomico utilizza precursori del materiale di interesse prodotto da gas o liquido che viene rapidamente evaporato a bassa pressione. In questo caso, abbiamo usato il tetracloruro di titanio (TiCl 4 ) e acqua (H 2 O) come precursori. Ciò è stato fatto in una camera a vuoto riscaldata a 100 ° C e 150 ° C, " Lui ha spiegato.
Il TiCl 4 è stato rilasciato in impulsi successivi di 0,25 secondi. Quando rilasciato nel vuoto, TiCl 4 evapora rapidamente e reagisce con la superficie delle fibre, legame ai radicali ossidrile (OH-) e ai radicali ossigeno (O 2 - ) presente nel materiale.
Poiché TiCI4 non reagisce con se stesso, l'impulso iniziale riempiva solo uno strato, che è stato poi ossidato con vapore. Idrogeno legato al cloro e ossigeno legato al titanio, formando il primo monostrato di TiO 2 .
Questa procedura è stata ripetuta circa 1, 000 volte, costruire il TiO 2 struttura strato per strato. Per rimuovere il substrato PBAT e liberare il TiO 2 nanotubi, il materiale è stato riscaldato a 900°C in modo controllato. Il risultato è stato un foglio di TiO 2 nanotubi con uno spessore di circa 100 nanometri.
"La tecnica di deposizione si basa su reazioni superficiali e quindi si traduce in un rivestimento uniforme, coprendo le fibre una ad una. È relativamente semplice ma richiede l'automazione in modo che la quantità di materiale e il tempo di dispersione siano rigorosamente controllati, " disse Pesso.
Come materiale per la filtrazione, il foglio di TiO 2 i nanotubi combinano la virtù meccanica di bloccare le particelle più grandi di una dimensione specifica con la virtù biochimica di generare radicali che degradano facilmente la materia organica quando irradiati con luce UV. Poiché il foglio è fatto di nanofibre, ha una grande superficie, che aumenta notevolmente la velocità di reazione.
