Dynamika kryształów dwutlenku tytanu

Dwutlenek tytanu – to tani materiał o wielu zastosowaniach, m. in. jako biały pigment w farbach, katalizator i filtr UV. W ostatnim czasie trwają prace nad szerszym zastosowaniem tego zwiazku chemicznego w elektronice. Część z tych prac to badania nad dynamiką kryształów tlenku tytanu prowadzone przez zespoły naukowców Ulrike Diebold z Instytutu Fizyki Stosowanej w TU Vienna i Annabella Selloni z Frick Laboratory w Princeton (USA).

Poznanie właściwości powierzchni dwutlenku tytanu jest bardzo ważne dla wykorzystania tego związku w przemyśle. Jego powierzchnia reaguje np. z tlenem z powietrza. Reakcję tę można obserwować na poziomie atomowym za pomocą mikroskopu tunelowego. W mikroskopie tym ultracienka końcówka wielkości kilku atomów oddziałuje z powierzchnią materiału, bez dotykania. Napięcie elektryczne wytwarzane pomiędzy końcówką a badanym materiałem powoduje powstanie tzw. prądu tunelowego, którego pomiar pozwala na zobrazowanie powierzchni materiału. Dzięki tej metodzie naukowcom udało się przemieścić defekty atomowe (wakansy) spowodowane przez pojedyncze atomy tlenu, a następnie zarejestrować ich obraz. Co więcej, w serii wykonanych eksperymentów zespół Diebold pokazał, jak różnie zjonizowane cząsteczki tlenu są wbudowywane w powierzchnię dwutlenku tytanu. Eksperymenty te ujawniły istnienie dynamiki atomowej w kryształach dwutlenku tytanu, która dotychczas znana była tylko teoretycznie. Co więcej, pokazano, jak duży wpływ mają defekty atomowe na właściwości tego materiału, m. in. fotokatalityczne. Być może w przyszłości będzie możliwe produkowanie materiałów z większą ilością aktywnych atomów tlenu, mogących np. konwertować CO2 do użytecznych węglowodorów.

(pj)