Nanotechnologia jest dziś prężnie rozwijającą się

Nanotechnologia jest dziś prężnie rozwijającą się, interdyscyplinarną gałęzią nauki. Ostatnio pośród
nowych materiałów w kręgu zainteresowania badaczy, pojawił się porowaty tlenek tytanu otrzymywany na
drodze anodyzacji z uwagi na znaczące wzmocnienie jego właściwości fotoelektrycznych oraz wzrost
technologicznego znaczenia tego materiału dla szerokiego spektrum zastosowań począwszy od fotowoltaiki i
fotokatalizy, przez różnego rodzaju sensory, aż po templaty (matryce) dla innych nanomateriałów, co
przedstawiono schematycznie na rys.1.
Rys. 1 Schemat obrazujący szeroki wachlarz zastosowań nanostrukturalnego TiO 2.
Ogromne zainteresowanie tlenkiem tytanu, wynika głównie z faktu, iż TiO2 posiada jedyne w swoim rodzaju,
funkcjonalne własności fizykochemiczne takie jak: wysoką zdolność utleniającą, fotostabilność, nietoksyczność,
ogromną zdolność utleniającej i relatywnie dobrą stabilności chemiczną. Dzięki tym własnościom anodowy
tlenek tytanu (ATO) jest materiałem o szerokim wachlarzu zastosowań używanym do: fotorozkładu wody i
wytwarzania wodoru, degradacji niepożądanych związków organicznych oraz inaktywacji bakterii Escherichia
coli. Ponadto anodowy tlenek tytanu jest obiecującym fotowoltaicznym materiałem do procesu fotokonwersji w
ogniwach słonecznych sensybilizowanych barwnikami, jak również może służyć jako nanostrukturalny materiał
do baterii litowo-jonowych. Inne potencjalne technologiczne zastosowania porowatego tlenku tytanu obejmują:
sensory biochemiczne, sensory gazów i wilgotności, a także biokompatybilne materiały do implantów kości.
Podobnie do porowatego tlenku aluminium, anodowy tlenek tytanu może być wykorzystywany jako matryca
(templat) do produkcji uporządkowanych nanodrutów np.: Co, Cu, Ni,
Pt, Sn, CdS w wyniku
elektrochemicznego osadzania.
Wśród wielu technik służących do otrzymywania nanostrukturalnego tlenku tytanu, na szczególną
uwagę zasługuje proces anodyzacji, który jest prostą, efektywną i relatywnie tanią metodą otrzymywania
wysokouporządkowanych nanostruktur na powierzchni metalu. Typowy proces anodyzacji tytanu w naszym
Zespole prowadzony jest w elektrolitach niewodnych (glikol etylenowy/gliceryna) zawierających jony
fluorkowe. Jest to proces kontrolowanej elektrolizy w którym tytan jest anodowo utleniany, a wytwarzający się
tlenek tytanu posiada swoistą strukturę, która przypomina plaster miodu i składa się z heksagonalnych komórek,
w środku których znajdują się pory, będące w rzeczywistości kanałami biegnącymi przez niemal całą warstwę
tlenku. Na rysunku 2 poniżej zaprezentowano zdjęcia aparatury badawczej do anodyzacji Ti w skład, której
wchodzi teflonowa cela badawcza o objętości 100 cm3, Multimierniki Metex M-4650 CR, mieszadło
magnetyczne MS11, zasilacz NDN, typ: DF1760SLA i komputer oraz z typową strukturę tlenku tytanu
uzyskanego wyżej wymieniona metodą.
Rys. 2 Aparatura badawcza do anodyzacji tytanu oraz zdjęcie przekroju poprzecznego anodowego tlenku tytanu uzyskanego
na drodze elektrochemicznej anodyzacji Ti w roztworze glikolu etylenowego zawierającego jony fluorkowe.
Obszar zainteresowań badawczych:
- otrzymywanie nanostrukturalnego tlenku tytanu TiO2(IV) o różnej morfologii na drodze elektrochemicznej
anodyzacji Ti w roztworach elektrolitów opartych na glikolu etylenowym bądź glicerolu zawierających jony
fluorkowe,
Rys. 3 Mikrofotografie powierzchni, przekroju poprzecznego oraz spodniej warstwy nanostrukturalnego tlenku TiO 2 wraz z
widmem EDX uzyskaną w wyniku trójstopniowej anodyzacji w roztworze glikolu etylenowego zawierającego jony
fluorkowe.
- fabrykowanie obustronnie otwartych nanoporowatych membran anodowego TiO2 poprzez usuwanie zwartej
warstwy tlenku na dnie porów w wyniku szoku potencjałowego,
Rys.4 Mikrofotografie FE-SEM przedstawiająca widok powierzchni, spodniej warstwy i przekroju poprzecznego
nanoporowatego TiO2 otrzymanego w trakcie dwustopniowej anodyzacji w roztworze glikolu etylenowego zawierającego
jony fluorkowe F- przed i po procesie otwierania z zastosowaniem pulsu potencjałowego Up= 180 V przez 20 s.
-uzyskiwanie anodowego tlenku tytanu o modulowanym kształcie porów, wykazującego cechy budowy bambusa
lub o rozgałęzionym kształcie porów w wyniku anodyzacji pulsacyjnej,
FE-SEM przedstawiająca widok powierzchnioraz przekroje poprzeczne przy różnych
powiększeniachnanoporowatego TiO2 o modulowanym kształcie porów otrzymanego w procesie pulsacyjnej anodyzacji w
roztworze glikolu etylenowego zawierającego jony fluorkowe F-.
Rys.5Mikrofotografie
- badanie wpływu warunków anodyzacji (np. potencjału, temperatury, rodzaju elektrolitu) na cechy strukturalne
anodowego tlenku tytanu oraz na kształt porów oraz ich regularność,
- w dalszej perspektywie badawczej znajdują się badania elektrochemiczne i fotoelektrochemiczne
otrzymywanych nanostruktur, co prezentuje poniższy schemat:
Rys.6 Schemat przedstawiający perspektywy badawcze dotyczące nanoporowatego tlenku tytanu.