Laser-assisted modification of titanium dioxide nanotubes in a tilted mode as surface modification and patterning strategy - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Laser-assisted modification of titanium dioxide nanotubes in a tilted mode as surface modification and patterning strategy

Abstrakt

Electrochemical anodization is regarded as a facile and easily scalable fabrication method of titania nanotubes (TiO2NTs). However, due to the extended duration of calcination and further modifications, much faster alternatives are highly required. As a response to growing interest in laser modification of nanotube arrays, a comprehensive investigation of pulsed-laser irradiation and its effect onto TiO2NT properties has been carried out. The impact of irradiation onto the surface being placed at different angles in respect to the laser beam was studied and evaluated. The usage of the motorized table enables formation of laser-treated traces over the selected area. SEM and TEM analysis provides insight into morphological changes and shows partial melting of nanotubes surface, which is accompanied by the decrease of internal TiO2 tube diameter just below the melted region. Although structural and optical analysis consisting of Raman, photoluminescence and UV–Vis data indicate that presented method does not result in complete material crystallization, it promotes creation of advantageous localized states within TiO2 bandgap that may play a crucial role in charge separation. Moreover, impressive improvements to the mechanical properties resulting from the laser-modification are presented.

Cytowania

  • 1 0

    CrossRef

  • 8

    Web of Science

  • 1 0

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 40 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
APPLIED SURFACE SCIENCE nr 508, strony 1 - 10,
ISSN: 0169-4332
Język:
angielski
Rok wydania:
2020
Opis bibliograficzny:
Wawrzyniak J., Karczewski J., Kupracz P., Grochowska K., Załęski K., Pshyk O., Coy E., Bartmański M., Szkodo M., Siuzdak K.: Laser-assisted modification of titanium dioxide nanotubes in a tilted mode as surface modification and patterning strategy// APPLIED SURFACE SCIENCE -Vol. 508, (2020), s.1-10
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1016/j.apsusc.2019.145143
Bibliografia: test
  1. J.S. Khaw, M. Curioni, P. Skeldon, C.R. Bowen, S.H. Cartmell, A novel methodology for economical scale-up of TiO 2 nanotubes fabricated on Ti and Ti alloys, J. Nanotech. 2019 (2019) 1-13, https://doi.org/10.1155/2019/5902346. otwiera się w nowej karcie
  2. M. Paulose, H.E. Prakasam, O.K. Varghese, L. Peng, K.C. Popat, G.K. Mor, T.A. Desai, C.A. Grimes, TiO 2 nanotube arrays of 1000 μm length by anodization of titanium foil: phenol red diffusion, J. Phys. Chem. C. 111 (2007) 14992-14997, https://doi.org/10.1021/jp075258r. otwiera się w nowej karcie
  3. S. Ozkan, N.T. Nguyen, A. Mazare, P. Schmuki, Optimized spacing between TiO 2 nanotubes for enhanced light harvesting and charge transfer, ChemElectroChem 5 (2018) 3183-3190, https://doi.org/10.1002/celc.201801136. otwiera się w nowej karcie
  4. J. Kim, B. Kim, C. Oh, J. Ryu, H. Kim, E. Park, K. No, S. Hong, Effects of NH 4 F and distilled water on structure of pores in TiO 2 nanotube arrays, Sci Rep. 8 (2018) 12487, https://doi.org/10.1038/s41598-018-30668-3. otwiera się w nowej karcie
  5. X. Kang, S. Chen, Photocatalytic reduction of methylene blue by TiO 2 nanotube arrays: effects of TiO 2 crystalline phase, J Mater Sci. 45 (2010) 2696-2702, https:// doi.org/10.1007/s10853-010-4254-5. otwiera się w nowej karcie
  6. X. Wang, L. Sun, S. Zhang, X. Wang, Ultralong, small-diameter TiO 2 nanotubes achieved by an optimized two-step anodization for efficient dye-sensitized solar cells, ACS Appl. Mater. Interf. 6 (2014) 1361-1365, https://doi.org/10.1021/ am404966e. otwiera się w nowej karcie
  7. L. Li, Z. Liu, Q. Zhang, C. Meng, T. Zhang, J. Zhai, Underwater superoleophobic porous membrane based on hierarchical TiO 2 nanotubes: multifunctional integra- tion of oil-water separation, flow-through photocatalysis and self-cleaning, J. Mater. Chem. A 3 (2015) 1279-1286, https://doi.org/10.1039/C4TA04699D. otwiera się w nowej karcie
  8. B. Karunagaran, P. Uthirakumar, S.J. Chung, S. Velumani, E.-K. Suh, TiO 2 thin film gas sensor for monitoring ammonia, Mater. Character. 58 (2007) 680-684, https:// doi.org/10.1016/j.matchar.2006.11.007. otwiera się w nowej karcie
  9. M. Benčina, I. Junkar, R. Zaplotnik, M. Valant, A. Iglič, M. Mozetič, Plasma-induced crystallization of TiO 2 nanotubes, Materials 12 (2019) 626, https://doi.org/10. 3390/ma12040626. otwiera się w nowej karcie
  10. J. Yu, G. Dai, B. Cheng, Effect of crystallization methods on morphology and photocatalytic activity of anodized TiO 2 nanotube array films, J. Phys. Chem. C 114 (2010) 19378-19385, https://doi.org/10.1021/jp106324x. otwiera się w nowej karcie
  11. A. John, M. Thankamoniamma, J. Puigdollers, R. Anuroop, B. Pradeep, T. Shripathi, R.R. Philip, Rapid room temperature crystallization of TiO 2 nanotubes, CrystEngComm. 19 (2017) 1585-1589, https://doi.org/10.1039/C6CE02526A. otwiera się w nowej karcie
  12. A. Casu, A. Lamberti, S. Stassi, A. Falqui, Crystallization of TiO 2 nanotubes by in situ heating TEM, Nanomaterials 8 (2018) 40, https://doi.org/10.3390/ nano8010040. otwiera się w nowej karcie
  13. A. Lamberti, A. Chiodoni, N. Shahzad, S. Bianco, M. Quaglio, C.F. Pirri, Ultrafast room-temperature crystallization of TiO 2 nanotubes exploiting water-vapor treat- ment, Sci Rep. 5 (2015) 7808, https://doi.org/10.1038/srep07808. otwiera się w nowej karcie
  14. Y. Liao, W. Que, P. Zhong, J. Zhang, Y. He, A facile method to crystallize amorphous anodized TiO 2 nanotubes at low temperature, ACS Appl. Mater. Interf.. 3 (2011) 2800-2804, https://doi.org/10.1021/am200685s. otwiera się w nowej karcie
  15. C.K. Chung, S.L. Lin, S.Y. Cheng, K.P. Chuang, H.Y. Wang, Effect of sol-gel com- position ratio and laser power on phase transformation of crystalline titanium di- oxide under CO 2 laser annealing, Micro Nano Lett. 6 (2011) 494, https://doi.org/ 10.1049/mnl.2011.0133. otwiera się w nowej karcie
  16. J.S. Hoppius, D. Bialuschewski, S. Mathur, A. Ostendorf, E.L. Gurevich, Femtosecond laser crystallization of amorphous titanium oxide thin films, Appl. Phys. Lett. 113 (2018) 071904, , https://doi.org/10.1063/1.5027899. otwiera się w nowej karcie
  17. J. Kim, J. Kim, M. Lee, Laser welding of nanoparticulate TiO 2 and transparent conducting oxide electrodes for highly efficient dye-sensitized solar cell, Nanotechnology. 21 (2010) 345203, , https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/34/ 345203. otwiera się w nowej karcie
  18. Y. Xu, M.A. Melia, L. Tsui, J.M. Fitz-Gerald, G. Zangari, Laser-induced surface modification at anatase TiO 2 nanotube array photoanodes for photoelectrochemical water oxidation, J. Phys. Chem. C. 121 (2017) 17121-17128, https://doi.org/10. 1021/acs.jpcc.7b05368. otwiera się w nowej karcie
  19. M.-Y. Hsu, N. Van Thang, C. Wang, J. Leu, Structural and morphological transfor- mations of TiO 2 nanotube arrays induced by excimer laser treatment, Thin Solid Films 520 (2012) 3593-3599, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2011.12.036. otwiera się w nowej karcie
  20. M. Pavlenko, E.L. Coy, M. Jancelewicz, K. Załęski, V. Smyntyna, S. Jurga, I. Iatsunskyi, Enhancement of optical and mechanical properties of Si nanopillars by ALD TiO 2 coating, RSC Adv. 6 (2016) 97070-97076, https://doi.org/10.1039/ C6RA21742G. otwiera się w nowej karcie
  21. Q. Zhang, L. Ma, M. Shao, J. Huang, M. Ding, X. Deng, X. Wei, X. Xu, Anodic oxidation synthesis of one-dimensional TiO2 nanostructures for photocatalytic and field emission properties, J. Nanomater. 2014 (2014) 1-14, https://doi.org/10. 1155/2014/831752. otwiera się w nowej karcie
  22. V. Likodimos, T. Stergiopoulos, P. Falaras, J. Kunze, P. Schmuki, Phase composi- tion, size, orientation, and antenna effects of self-assembled anodized titania na- notube arrays: a polarized Micro-Raman investigation, J. Phys. Chem. C 112 (2008) 12687-12696, https://doi.org/10.1021/jp8027462. otwiera się w nowej karcie
  23. M. Fernández-García, X. Wang, C. Belver, J.C. Hanson, J.A. Rodriguez, Anatase- TiO 2 nanomaterials: morphological/size dependence of the crystallization and phase behavior phenomena, J. Phys. Chem. C. 111 (2007) 674-682, https://doi. org/10.1021/jp065661i. otwiera się w nowej karcie
  24. X. Chen, S.S. Mao, Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, mod- ifications, and applications, Chem. Rev. 107 (2007) 2891-2959, https://doi.org/10. 1021/cr0500535. otwiera się w nowej karcie
  25. A.C. Ferrari, J. Robertson, Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamondlike carbon, Phys. Rev. B 64 (2001) 075414, , https://doi.org/10. 1103/PhysRevB.64.075414. otwiera się w nowej karcie
  26. A. Li Bassi, D. Cattaneo, V. Russo, C.E. Bottani, E. Barborini, T. Mazza, P. Piseri, P. Milani, F.O. Ernst, K. Wegner, S.E. Pratsinis, Raman spectroscopy characteriza- tion of titania nanoparticles produced by flame pyrolysis: The influence of size and stoichiometry, J. Appl. Phys. 98 (2005) 074305, , https://doi.org/10.1063/1. 2061894. otwiera się w nowej karcie
  27. K.-H. Sun, Fundamental conditions of glass formation, J Am. Ceram. Soc. 30 (1947) 277-281, https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1947.tb19654.x. otwiera się w nowej karcie
  28. F.H. Stillinger, A topographic view of supercooled liquids and glass formation, Science 267 (1995) 1935-1939, https://doi.org/10.1126/science.267.5206.1935. otwiera się w nowej karcie
  29. D.R.G. Mitchell, DiffTools: Electron diffraction software tools for DigitalMicrograph™, Microscopy Res. Tech. 71 (2008) 588-593, https://doi.org/ 10.1002/jemt.20591. otwiera się w nowej karcie
  30. J. Tauc, Optical properties of amorphous semiconductors, in: J. Tauc (Ed.), Amorphous and Liquid Semiconductors, Springer, US, Boston, MA, 1974, pp. 159-220. otwiera się w nowej karcie
  31. A.S. Hassanien, A.A. Akl, Influence of composition on optical and dispersion parameters of thermally evaporated non-crystalline Cd 50 S50-x S e x thin films, J. All. Comp. 648 (2015) 280-290, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.06.231. otwiera się w nowej karcie
  32. M. Janczarek, E. Kowalska, On the origin of enhanced photocatalytic activity of copper-modified titania in the oxidative reaction systems, Catalysts 7 (2017) 317, https://doi.org/10.3390/catal7110317. otwiera się w nowej karcie
  33. B. Bharti, S. Kumar, H.-N. Lee, R. Kumar, Formation of oxygen vacancies and Ti 3+ state in TiO 2 thin film and enhanced optical properties by air plasma treatment, Sci. Rep. 6 (2016) 32355, https://doi.org/10.1038/srep32355. otwiera się w nowej karcie
  34. S. Mathew, A. Kumar Prasad, T. Benoy, P.P. Rakesh, M. Hari, T.M. Libish, P. Radhakrishnan, V.P.N. Nampoori, C.P.G. Vallabhan, UV-Visible photo- luminescence of TiO 2 nanoparticles prepared by hydrothermal method, J. Fluoresc. 22 (2012) 1563-1569, https://doi.org/10.1007/s10895-012-1096-3. otwiera się w nowej karcie
  35. A. Stevanovic, M. Büttner, Z. Zhang, J.T. Yates, Photoluminescence of TiO2: effect of UV light and adsorbed molecules on surface band structure, J. Am. Chem. Soc. 134 (2012) 324-332, https://doi.org/10.1021/ja2072737. otwiera się w nowej karcie
  36. C. Mercado, Z. Seeley, A. Bandyopadhyay, S. Bose, J.L. McHale, Photoluminescence of dense nanocrystalline titanium dioxide thin films: effect of doping and thickness and relation to gas sensing, ACS Appl. Mater. Interf. 3 (2011) 2281-2288, https:// doi.org/10.1021/am2006433. otwiera się w nowej karcie
  37. N.D. Abazović, M.I. Čomor, M.D. Dramićanin, D.J. Jovanović, S.P. Ahrenkiel, J.M. Nedeljković, Photoluminescence of anatase and rutile TiO 2 particles, J. Phys. Chem. B 110 (2006) 25366-25370, https://doi.org/10.1021/jp064454f. otwiera się w nowej karcie
  38. D.K. Pallotti, L. Passoni, P. Maddalena, F. Di Fonzo, S. Lettieri, Photoluminescence mechanisms in anatase and rutile TiO 2 , J. Phys. Chem. C 121 (2017) 9011-9021, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b00321. otwiera się w nowej karcie
  39. W.-Y. Chang, T.-H. Fang, Z.-W. Chiu, Y.-J. Hsiao, L.-W. Ji, Nanomechanical prop- erties of array TiO 2 nanotubes, Microporous Mesoporous Mater. 145 (2011) 87-92, https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.04.035. otwiera się w nowej karcie
  40. Y.N. Xu, M.N. Liu, M.C. Wang, A. Oloyede, J.M. Bell, C. Yan, Nanoindentation study of the mechanical behavior of TiO 2 nanotube arrays, J. Appl. Phys. 118 (2015) 145301, , https://doi.org/10.1063/1.4932213. otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 31 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi