科学家创造一种新型纳米复合材料对工业界具有很大意义

不同金属的氧化物通常在各种系统中作为光催化剂，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都可以用作光催化剂。通过添加纳米颗粒，可以改善这类材料的物理化学性能，使普通氧化物变成具有新功能的纳米材料。然而，要成功地实现这一功能，就必须了解纳米复合材料的形成过程，并能够控制这些过程。科学家创造一种新型纳米复合材料对工业界具有很大意义。ITMO大学的研究人员与法国和美国的同事们一起展示了如何利用飞秒激光调整填充金纳米粒子的二氧化钛薄膜结构和这种纳米复合材料的特性。

前段时间，科学家和工程师们创造了一些能够在光照下加速化学过程的特殊材料。这一发现对工业界有很大的意义—-这样的材料可以用于从空气净化器到燃料电池等多种设备中。这类有前景的材料之一就是二氧化钛，它可以注入金纳米粒子来改善其光催化性能。

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单独制造，但这两种组分的组合方式尚未确定。将纳米颗粒置于氧化膜内存在一定的困难，而要控制纳米颗粒的大小和分布就更难了。该研究团队建议利用激光辐射来实现这一目标。“如果将这些材料置于激光辐射下，金颗粒和周围的二氧化钛基质都会改变其特性，”ITMO大学的研究人员解释道。

ITMO大学和Hubert Curien实验室的研究人员进行了一项实验，将多孔二氧化钛的薄膜浸渍在金离子中迅速形成几纳米级的颗粒。然后，对该材料进行了激光照射。结果发现，只要控制飞秒激光照射适当，就可以有效地控制纳米粒子的生长而不损伤材料。例如，如果激光以极低的速度移动，在二氧化钛薄膜中新生长的纳米颗粒周围可能会形成空穴。

研究人员开发了一个模型来解释这种效应，以帮助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上的共振吸收、局部场增强、光诱导产生的未结合电子和光发射。由于实验和模拟的结果，研究人员现在可以更好地理解纳米复合材料薄膜形成背后的机制，并有更多的可能性来控制其性能。为此，利用激光将简化这种 “镀金 “二氧化钛薄膜的生产，这将使其更容易在工业上实现。但目前，这项技术还远远没有准备好，更多的研究还在进行中。

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