(Phys.org) -- Titandioxid, eller titanium, är ett oorganiskt material som vanligtvis används som ett blekmedel i livsmedel och tandkräm. Det används också som en av de viktigaste aktiva ingredienserna i solskyddsmedel. De egenskaper som gör titanoxid användbar i kommersiella applikationer – nämligen dess blekningsförmåga och höga brytningsindex – utnyttjas nu i ett brett spektrum av tekniska applikationer.

Ett särskilt intresseområde har varit tillämpningen av titandioxid i färgsensibiliserade solceller - enheter som kan användas för att omvandla solljus till elektricitet. Sådan applicering kräver ofta bildandet av intrikata ytmönster, med de viktigaste begränsande faktorerna för utvecklingen är kostnad och bearbetningshastighet. Nu, Ramakrishnan Ganesan, Mohammad Saifullah och medarbetare vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har beskrivit användningen av en teknik som kallas step-and-flash imprint litografi (SFIL) för att producera sådana mönster på nanoskala.

"Föregångsmetoden till SFIL är termisk nanoimprint litografi, vilket är extremt tidskrävande eftersom det kräver temperaturcykliska processer för att bilda ett mönster, ” förklarar Saifullah. "En form kan pressas in i ett upphettat (och mjukat) resistmaterial eller en flytande prekursor kan tvingas in i en form och sedan härda vid uppvärmning."

Nyare processer eliminerar behovet av uppvärmning genom att använda bestrålning med ultraviolett (UV) ljus för att härda polymeren. Även om denna process kan vara idealisk för organiska polymermaterial, det är mer problematiskt när man använder oorganiska material såsom titanoxid eftersom de flytande prekursormaterialen är mycket viskösa och inte sprids lätt. Som ett resultat, dispenseringsmunstycket kan ibland bli blockerat.

Kemikalierna som används för att tillverka titan kan också vara instabila i lösning, så teamet var tvunget att identifiera en blandning av komponenter som erbjöd en kombination av stabilitet och låg viskositet. "Vi fann att ett allylfunktionaliserat titankomplex var stabilt i kombination med andra polymerprekursorer, ” förklarar Saifullah. Den sista komponenten i blandningen är en fotoinitiator - som startar polymerisationsprocessen vid bestrålning med UV-ljus.

Blandningen fördelades på ytan i form av droppar, och formen pressades på plats för att hjälpa vätskan att spridas. Bestrålning med UV-ljus resulterar i att mönstret hårdnar, varefter formen kan tas bort. Ett sista uppvärmningssteg bränner bort det organiska materialet, lämnar efter sig en krympt version av originalmönstret gjord av titanium (se bild). Betydligt nog, bildförhållandet för mönstret bibehålls efter värmebehandlingsprocessen.

"Vår nuvarande metod är ganska specifik för titaniumoxid, men efter att ha tagit itu med detta viktigaste material, vi hoppas kunna utveckla liknande procedurer för andra oorganiska material, ” säger Saifullah.