二氧化鈦(TiO2)納米纖維可以有各種應用，例如在催化劑和過濾器中。當二氧化鈦被紫外光激發(fā)時，會被降解為有機材料。因此，例如，二氧化鈦可以應用于過濾廢水以便重復使用。

作為圣保羅研究基金會FAPESP支持的項目一部分，航空技術研究所等離子體和工藝實驗室(LPP-ITA)和巴西大學科學技術研究所(ICT-UB)的研究人員Rodrigo Savio Pessoa和Bruno Manzolli Rodrigues在巴西開發(fā)了一種制造這些纖維的新方法，其研究成果發(fā)表在《Materials Today》期刊上。

使用的技術被稱為原子層沉積，它促進了材料一層的生長，甚至是分子一分子的生長。在這項研究中，二氧化鈦被沉積在PBAT（聚己二酸丁二醇酯-對苯二甲酸丁二醇酯）的納米纖維上，PBAT是一種在自然界中迅速降解的生物聚合物，與PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）不同，PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)在幾十年內保持完好。第一步是制造PBAT納米纖維膜，這是通過靜電紡絲完成的，是一種類似于用來制作棉花糖的技術，但涉及到靜電過程。

PBAT溶液被電紡成只有幾百納米厚的超薄納米纖維，這些纖維構成了用作基材的薄片。下一步是在每根纖維上涂上二氧化鈦，原子層沉積使用通過低壓快速蒸發(fā)的氣體或液體產生有趣材料的前體。在這種情況下，使用四氯化鈦(TiCl4)和水(H2O)作為前體。這是在加熱到100°C和150°C的真空室中完成。TiCl4在0.25秒的連續(xù)脈沖中釋放，當在真空中釋放時，TiCl4迅速蒸發(fā)并與纖維表面發(fā)生反應，與材料中存在的羥基自由基(OH-)和氧自由基(O2-)結合。

由于TiCl4不與自身反應，初始脈沖僅填充一層，然后用水蒸氣氧化。氫與氯結合，氧與鈦結合，形成二氧化鈦的第一個單層。這個過程重復了大約1000次，一層地建立起TiO2結構。為了去除PBAT襯底并釋放TiO2納米管，將材料以受控方式加熱到900°C，結果是一片厚度約為100納米的TiO2納米管。沉積技術是基于表面反應，因此會產生均勻涂層，一個接一個地覆蓋纖維，而且相對簡單，但需要自動化，以便嚴格控制材料的量和分散時間。

作為一種過濾材料，TiO2納米管片結合了阻擋大于特定尺寸顆粒的機械優(yōu)點和產生自由基的生化優(yōu)點，當受到紫外光照射時，這些自由基很容易降解有機物。因為片材是由納米纖維制成，所以有很大的表面積，這就大大提高了反應速度。

博科園｜研究/來自：FAPESP

參考期刊《Materials Today》

DOI: 10.1016/j.matpr.2019.02.003

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