本文参加百家号科学#了不起的基础科学#系列征文二氧化钛(TiO2)纳米纤维可以有各种应用，例如在催化剂和过滤器中。当二氧化钛被紫外光激发时，会被降解为有机材料。因此，例如，二氧化钛可以应用于过滤废水以便重复使用。作为圣保罗研究基金会FAPESP支持的项目一部分，航空技术研究所等离子体和工艺实验室(LPP-ITA)和巴西大学科学技术研究所(ICT-UB)的研究人员Rodrigo Savio Pessoa和Bruno Manzolli Rodrigues在巴西开发了一种制造这些纤维的新方法，其研究成果发表在《Materials Today》期刊上。
使用的技术被称为原子层沉积，它促进了材料一层的生长，甚至是分子一分子的生长。在这项研究中，二氧化钛被沉积在PBAT（聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯）的纳米纤维上，PBAT是一种在自然界中迅速降解的生物聚合物，与PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）不同，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)在几十年内保持完好。第一步是制造PBAT纳米纤维膜，这是通过静电纺丝完成的，是一种类似于用来制作棉花糖的技术，但涉及到静电过程。
PBAT溶液被电纺成只有几百纳米厚的超薄纳米纤维，这些纤维构成了用作基材的薄片。下一步是在每根纤维上涂上二氧化钛，原子层沉积使用通过低压快速蒸发的气体或液体产生有趣材料的前体。在这种情况下，使用四氯化钛(TiCl4)和水(H2O)作为前体。这是在加热到100°C和150°C的真空室中完成。TiCl4在0.25秒的连续脉冲中释放，当在真空中释放时，TiCl4迅速蒸发并与纤维表面发生反应，与材料中存在的羟基自由基(OH-)和氧自由基(O2-)结合。
由于TiCl4不与自身反应，初始脉冲仅填充一层，然后用水蒸气氧化。氢与氯结合，氧与钛结合，形成二氧化钛的第一个单层。这个过程重复了大约1000次，一层地建立起TiO2结构。为了去除PBAT衬底并释放TiO2纳米管，将材料以受控方式加热到900°C，结果是一片厚度约为100纳米的TiO2纳米管。沉积技术是基于表面反应，因此会产生均匀涂层，一个接一个地覆盖纤维，而且相对简单，但需要自动化，以便严格控制材料的量和分散时间。
作为一种过滤材料，TiO2纳米管片结合了阻挡大于特定尺寸颗粒的机械优点和产生自由基的生化优点，当受到紫外光照射时，这些自由基很容易降解有机物。因为片材是由纳米纤维制成，所以有很大的表面积，这就大大提高了反应速度。
博科园｜研究/来自：FAPESP参考期刊《Materials Today》DOI: 10.1016/j.matpr.2019.02.003博科园｜科学、科技、科研、科普
