二氧化鈦(titanium dioxide, TiO2)奈米管廣泛使用於空氣淨化、自潔表面製作、光伏裝置、感知器以及生醫領域。摩爾多瓦(Moldova)、澳洲與英國的研究人員最近開發出一種新方法，利用聚焦雷射光束(focused laser beam)改變這些奈米管狀結構的折射率，可望進一步擴展這些材料的應用潛能。 此新技術直接以聚焦雷射光束照射於TiO2奈米管薄膜表面上，光束產成的熱能可以用來控制薄膜的局部結晶結構，因此改變材料的折射率。此研究團隊由摩爾多瓦科技大學(Technical University of Moldova)的Ion Tiginyanu所領軍，他們 先前發現在0°C的電解液(含乙二醇和氫氟酸)中對鈦薄膜進行陽極氧化處理，可以產生TiO2奈米管薄膜，且生成的奈米管陣列呈2D六角晶格排列。 該團隊最近又在實驗中發現，以聚焦雷射光束照射TiO2薄膜可產生兩種不同晶相：銳鈦礦(anatase) 與金紅石(rutile)，而雷射處理可產生這兩種晶相的組合，或是單獨的銳鈦礦相。此方法的優點在於寫入效果似乎具永久性，形成之後便難以改變此銳鈦礦相。當雷射功率高於0.4 × 105 W‧cm–2時，奈米管結構會形成金紅石核心及銳鈦礦殼層。然而，雷射功率須保持於1 × 105 W‧cm–2 之下才能保持奈米管矩陣的初始形貌。 Tiginyanu解釋，銳鈦礦和金紅石相的形成乃是由於雷射所產生的高溫。最熱的雷射光點中心區域會產生金紅石結構，而溫度較低的圓周區域則形成銳鈦礦。該研究團隊使用微拉曼(micro-Raman)及微陰極發光(micro-cathodoluminescence)掃描系統確認此兩種不同晶相的特徵，並且證明這兩種結構有不同的折射率。 雷射光束處理後的TiO2奈米管可望用來製作光波導、分光器、環形共振器以及其他光電結構，而如此無須光罩的直接寫入技術可望大幅增加這些奈米管結構的應用領域。該研究團隊包含澳洲新南威爾斯大學(University of New South Wales)與英國布里斯托大學University of Bristol 的研究人員。詳見J. Appl. Phys. Vol. 114, 234302 (2013)。 |