Forskare från Tokyo Metropolitan University har insett högkapacitetsproduktion av tunna, beställda genomgående membran av titandioxid. Titanskikt odlades med användning av anodisering på masketsad titan innan de kristalliserades. Applicera en andra anodisering, de omvandlade en del av lagret tillbaka till ett amorft tillstånd. Den amorfa delen löstes sedan selektivt för att frigöra filmen medan mallen lämnades intakt. Detta banar väg för industriell produktion av beställda titanoxidmembran för fotonik.

Titania, eller titandioxid, kan vara det mest användbara ämnet du aldrig hört talas om. Det används ofta som pigment, och är den aktiva ingrediensen i de flesta solskyddsmedel, med starka UV-absorberande egenskaper. Det finns som ett reflekterande lager i speglar, samt beläggningar för självrengöring, ytor mot imma. Viktigt för industrin, det kan påskynda alla möjliga kemiska reaktioner i närvaro av ljus; det finns redan i byggmaterial för att påskynda nedbrytningen av skadliga föroreningar i luften, arbete pågår för att applicera det på luftfilter, vattenrenare och solceller.

Det är den starka växelverkan mellan titanoxid och ljus som gör det till det framtida materialet för ett brett spektrum av applikationer som involverar fotonik, speciellt fotoniska kristaller, ordnade uppsättningar av material som kan absorbera eller sända ljus beroende på deras våglängd. För att göra dessa "kristaller, "Forskare har kommit på sätt att skapa porösa titanoxidfilmer i labbet, där små hål, tiotals nanometer tvärs över, är mönstrade på tunna titandioxidskikt i ordnade arrayer. Trots deras löfte, dock, det är fortfarande inte möjligt att producera dem i stor skala, en stor stötesten för att få dem ut ur labbet och in i den senaste fotoniska tekniken.

Nu, ett team ledd av docent Takashi Yanagishita och professor Hideki Masuda vid Tokyo Metropolitan University har tagit ett viktigt steg mot att utveckla en industriell produktionsprocess. Tidigare, de kom på en metod för att "stämpla" mönster på titanmetall innan de odlade ett lager av titandioxid med en metod som kallas anodisering. Skikten hade hål som bildade samma mönster som de som gjordes konstgjort på metallen. Men eftersom titan är så hårt, frimärkena varade inte särskilt länge. Nu, de har kommit på en metod som helt undviker stämplar. Efter att de odlat ett lager av titan med ordnade uppsättningar av hål på en etsad titanmall, de applicerar värme, förändra det amorfa, oordnad struktur av titandioxiden till en kristallin form. De går sedan igenom en andra anodisering; ett lager nära den ursprungliga mallytan återgår till ett oordnat tillstånd. Eftersom oordnad och kristallin titandioxid löses upp olika, de kan sedan selektivt lösa upp lagret som fortfarande är i kontakt med mallen med hjälp av syra, lämnar ett fritt lager av titanoxid med samma genomgående hålmönster.

Av de många fördelarna med deras metod, en viktig fördel är att mallmönstret på metallen lämnas intakt. Efter att filmen har tagits bort, samma mall kan återanvändas om och om igen. Teamet experimenterade också med olika avstånd, går ner till hål åtskilda med bara 100nm. Viktigt, protokollet är skalbart och högkapacitet, vilket innebär att det kanske inte dröjer länge innan industriella kvantiteter tar sig in i kommersiella produkter. Teamet hoppas att deras metod inte bara kommer att föra utbredd tillämpning ett steg närmare, men kan appliceras på ett brett utbud av andra nanostrukturerade material med olika funktioner.