多孔陶瓷涂层提高电子产品和传感器性能

大阪大学的研究人员展示了如何用薄的多孔陶瓷对玻璃和塑料以及可能还有许多其他的表面进行涂层。与目前的设备相比,制造过程简单明了、材料便宜,并且陶瓷的气体传感性能大大提高。

  许多常见的家用物品和设备都具有提高性能的涂层,例如,炊具上的薄铁氟龙涂层有助于防止食物粘在表面上。但是,当前的技术很难在室温下制备通常在许多应用程序(例如电子产品)中使用的、具有强粘合力的高性能陶瓷涂层。现在,日本的研究人员已经解决了这个问题。

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  纳米结构多孔氧化钛薄膜(TiO x)沉积在塑料(PI:聚酰亚胺)基材上。图片:大阪大学)

  在ACS上发表的一项研究中,大阪大学的研究人员展示了如何用薄的多孔陶瓷对玻璃和塑料以及可能还有许多其他的表面进行涂层。与目前的设备相比,制造过程简单明了、材料便宜,并且陶瓷的气体传感性能大大提高。

  研究人员的陶瓷涂层多孔二氧化钛是一种令人兴奋的材料。高级作者Tohru Sugahara解释说:“二氧化钛既便宜又丰富,并且在气体传感方面有许多应用。多孔膜具有高的表面积与体积之比,并且能够以比相应的无孔膜更低的浓度检测气体分析物。”

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  高强度脉冲光光烧结设备的示意图。(左)在光照射之前,(右)在光照射期间。图片:大阪大学)

  研究人员首先使用旋涂法仅需一步就可以在玻璃或塑料表面上沉积大约1微米厚的多孔二氧化钛薄膜。然后,他们测试了将膜牢固粘附到表面上的两种方法:玻璃的高温烧结和塑料的高强度光。两种方法都保留了纳米级的孔并牢固地粘附了陶瓷膜。

  与无孔钛基气体传感器相比,通过高温烧结制备的陶瓷薄膜表现出色。 Sugahara说:“例如,气体检测速度很快,响应时间(传感器达到最佳响应所需的时间)约为1 s,而其他传感器则需要几分钟。”

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  纳米结构二氧化钛(TiO x)薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图像的俯视图/横截面图。(左)热烧结后,(右)光烧结后,(顶)顶视图,(底)截面图。图片:大阪大学)

  研究人员设想了其多孔陶瓷涂层的许多应用。例如,病毒可被捕获在孔中,一旦被捕获,可以通过用紫外线或可见光照射胶片来破坏病毒,而不会损坏胶片。另一个应用是增白剂,多孔膜会散射大量的紫外线和可见光。研究人员采用经济、简单的方法来牢固附着陶瓷涂层,可以实现许多有用的应用。

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