Un grupo de investigación financiado por la FAPESP desarrolló una hoja de nanofibras de óxido de titanio mediante electrohilado y deposición de capas atómicas (imagen de microscopio de fuerza atómica de una película delgada de TiO2 de aproximadamente 100 nanómetros). Crédito:FAPESP
Óxido de titanio (TiO 2 ) las nanofibras pueden tener varias aplicaciones, como en catalizadores y filtros. Cuando TiO 2 se excita con la luz ultravioleta, degrada la materia orgánica. Por eso, TiO 2 se puede aplicar para filtrar aguas residuales para su reutilización, por ejemplo.
Un nuevo método de fabricación de estas fibras ha sido desarrollado en Brasil por Rodrigo Savio Pessoa y Bruno Manzolli Rodrigues, investigadores del Laboratorio de Plasmas y Procesos del Instituto de Tecnología Aeronáutica (LPP-ITA) y del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Universidade Brasil (ICT-UB), como parte de un proyecto apoyado por la Fundación de Investigaciones de São Paulo — FAPESP. Se ha publicado un artículo sobre el tema en Materiales de hoy:Actas .
"La técnica que usamos se llama deposición de capa atómica. Promueve el crecimiento del material capa por capa, o incluso molécula por molécula, "Dijo Pessoa.
En el estudio, TiO 2 se depositó en nanofibras de PBAT (poli (adipato de butileno-co-tereftalato)), un biopolímero que se degrada rápidamente en la naturaleza, a diferencia del PET (tereftalato de polietileno), que permanece intacta durante décadas.
El primer paso fue producir una membrana de nanofibras PBAT, que se hizo mediante electrohilado, una técnica similar a la utilizada para hacer algodón de azúcar, pero que implica un procedimiento electrostático.
"Una solución de PBAT fue electrohilada para producir nanofibras ultrafinas de solo unos pocos cientos de nanómetros de espesor. Estas fibras formaron la hoja utilizada como sustrato, "Dijo Pessoa.
El siguiente paso fue recubrir cada fibra con TiO 2 . "La deposición de la capa atómica utiliza precursores del material de interés producido a partir de gas o líquido que se evapora rápidamente a baja presión. En este caso, utilizamos tetracloruro de titanio (TiCl 4 ) y agua (H 2 O) como precursores. Esto se hizo en una cámara de vacío calentada a 100 ° C y 150 ° C, " él explicó.
El TiCl 4 se liberó en sucesivos pulsos de 0,25 segundos. Cuando se libera en el vacío, TiCl 4 se evapora rápidamente y reacciona con la superficie de las fibras, unión a radicales hidroxilo (OH-) y radicales oxígeno (O 2 - ) presente en el material.
Debido a que TiCI4 no reacciona consigo mismo, el pulso inicial llenó solo una capa, que luego se oxidó con vapor. Hidrógeno unido al cloro y oxígeno unido al titanio, formando la primera monocapa de TiO 2 .
Este procedimiento se repitió aproximadamente 1, 000 veces, construyendo el TiO 2 estructura capa por capa. Para quitar el sustrato PBAT y liberar el TiO 2 nanotubos, el material se calentó a 900 ° C de manera controlada. El resultado fue una hoja de TiO 2 nanotubos con un espesor de aproximadamente 100 nanómetros.
"La técnica de deposición se basa en reacciones superficiales y, por lo tanto, da como resultado un recubrimiento uniforme, cubriendo las fibras una a una. Es relativamente simple pero requiere automatización para que la cantidad de material y el tiempo de dispersión se controlen rigurosamente. "Dijo Pessoa.
Como material de filtración, la hoja de TiO 2 Los nanotubos combinan la virtud mecánica de bloquear partículas más grandes que un tamaño específico con la virtud bioquímica de generar radicales que degradan fácilmente la materia orgánica cuando se irradian con luz ultravioleta. Debido a que la hoja está hecha de nanofibras, tiene una gran superficie, lo que aumenta considerablemente la velocidad de reacción.
