Bredere horizonten voor sterk geordende nanohole-arrays

Wetenschappers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuwe methode ontwikkeld om geordende reeksen nanogaten in dunne metaaloxidefilms te maken met behulp van een reeks overgangsmetalen. Het team gebruikte een sjabloon om metalen oppervlakken vooraf te patroneren met een geordende reeks kuiltjes voordat elektrochemie werd toegepast om selectief een oxidelaag met gaten te laten groeien. Het proces maakt een bredere selectie van geordende overgangsmetaal nanohole-arrays beschikbaar voor nieuwe katalyse-, filtratie- en detectietoepassingen.

Een belangrijke uitdaging van nanotechnologie is om controle te krijgen over de structuur van materialen op nanoschaal. In de zoektocht naar materialen die op deze lengteschaal poreus zijn, biedt de elektrochemie een bijzonder elegante strategie: anodisatie met behulp van metalen elektroden, in het bijzonder aluminium en titanium, kan worden gebruikt om geordende reeksen van “nanogaten” in een metallische oxidelaag te vormen. Door de juiste omstandigheden te creëren, nemen deze gaten zeer geordende patronen aan, met strikte controle over hun afstand en grootte. Deze geordende poreuze metaaloxidefilms zijn ideaal voor een breed scala aan industriële toepassingen, zoals filtratie en efficiënte katalyse. Maar om ze uit het laboratorium te krijgen en op grote schaal te gebruiken, moeten productiemethoden schaalbaarder worden en compatibel met een breder scala aan materialen.

Betreed een team onder leiding van prof. Takashi Yanagishita van de Tokyo Metropolitan University, die de grenzen van de fabricage van geordende nanohole-array heeft verlegd. In eerder werk ontwikkelden ze een schaalbare methode om geordende nanohole-arrays te maken in dunne films van aluminiumoxide. De films van het team kunnen worden gemaakt met een diameter tot 70 mm en kunnen gemakkelijk worden losgemaakt van de substraten waarop ze zijn gemaakt. Nu hebben ze deze films gebruikt om vergelijkbare patronen te creëren met een veel breder scala aan overgangsmetaaloxiden.

Door het geordende nanoporeuze aluminiumoxide als masker te gebruiken, gebruikten ze argonionenfrezen om geordende reeksen ondiepe kuiltjes in de oppervlakken van verschillende overgangsmetalen, waaronder wolfraam, ijzer, kobalt en niobium, te etsen. Vervolgens, door de kuiltjesoppervlakken te anodiseren, ontdekten ze dat er dunne metaaloxidelagen werden gevormd met gaten waar de kuiltjes zaten. Eerdere pogingen hadden inderdaad gaten op nanoschaal gemaakt in bijvoorbeeld wolfraamoxidefilms, maar de gaten waren niet geordend, met weinig controle over hun grootte of tussenruimte, waardoor dit de eerste keer was dat geordende nanohole-arrays werden gemaakt met behulp van deze overgangsmetaaloxiden. Bovendien lieten ze, door de eigenschappen van het masker te veranderen, direct zien hoe ze de afstand tussen de gaten gemakkelijk konden afstemmen, waardoor hun methode toepasbaar werd op een breed scala aan nanoporeuze patronen met verschillende toepassingen.

Op deze nanogestructureerde films wachten spannende toepassingen, waaronder fotokatalyse, detectietoepassingen en zonnecellen. Het team is ervan overtuigd dat hun nieuwe schaalbare, afstembare methode voor het maken van geordende nanohole-arrays met vrijere materiaalkeuze de inspanningen zal stimuleren om dit opwindende veld van nanotechnologie uit het laboratorium en in de wijde wereld te brengen.