Forskare från Tokyo Metropolitan University har utvecklat en ny metod för att göra ordnade uppsättningar av nanohål i tunna filmer av metalloxid med hjälp av en rad övergångsmetaller. Teamet använde en mall för att förmönstra metallytor med en ordnad uppsättning fördjupningar innan de tillämpade elektrokemi för att selektivt odla ett oxidskikt med hål. Processen gör ett bredare urval av beställda nanohålsuppsättningar av övergångsmetall tillgängliga för ny katalys, filtrering, och avkänningsapplikationer.

En viktig utmaning för nanoteknik är att få kontroll över strukturen av material på nanoskala. I sökandet efter material som är porösa i denna längdskala, området elektrokemi erbjuder en särskilt elegant strategi:anodisering med metalliska elektroder, särskilt aluminium och titan, kan användas för att bilda ordnade arrayer av "nanohål" i ett metalloxidskikt. Genom att få förutsättningarna rätt, dessa hål antar mycket ordnade mönster, med noggrann kontroll över deras avstånd och storlek. Dessa beställda porösa metalloxidfilmer är idealiska för ett brett spektrum av industriella applikationer, såsom filtrering och effektiv katalys. Men för att få dem ut ur labbet och till utbredd användning, produktionsmetoderna måste bli mer skalbara och kompatibla med ett bredare materialutbud.

Gå med i ett team som leds av prof. Takashi Yanagishita från Tokyo Metropolitan University, som har tänjt på gränserna för beställd tillverkning av nanohålsuppsättningar. I tidigare arbeten, de utvecklade en skalbar metod för att göra beställda nanohålsuppsättningar i tunna filmer av aluminiumoxid. Teamets filmer kunde göras upp till 70 mm i diameter, och lätt att ta loss från underlagen de är gjorda på. Nu, de har använt dessa filmer för att skapa liknande mönster med ett mycket bredare utbud av övergångsmetalloxider.

Genom att använda den beställda nanoporösa aluminiumoxiden som en mask, de använde argonjonfräsning för att etsa ordnade uppsättningar av grunda gropar i ytorna på olika övergångsmetaller, inklusive volfram, järn, kobolt och niob. Sedan, genom att anodisera de försänkta ytorna, de fann att tunna metalloxidskikt bildades med hål där fördjupningarna fanns. Tidigare insatser hade verkligen gjort hål i nanoskala i t.ex. volframoxidfilmer, men hålen var inte beställda, med liten kontroll över deras storlek eller avstånd, Detta gör att det är första gången som beställda nanohålsmatriser har tillverkats med dessa övergångsmetalloxider. Dessutom, genom att ändra maskens egenskaper, de visade direkt hur de enkelt kunde justera avståndet mellan hålen, gör deras metod tillämpbar på ett brett spektrum av nanoporösa mönster med olika tillämpningar.

Spännande applikationer väntar på dessa nanostrukturerade filmer, inklusive fotokatalys, avkänningsapplikationer och solceller. Teamet är övertygade om att deras nya skalbara, avstämbar metod för att göra beställda nanohålsmatriser med friare materialval kommer att bidra till att öka ansträngningarna för att ta ut detta spännande område av nanoteknik från labbet, och ut i den vidare världen.