广岛大学全球首次发现可将光强度增至500倍的氧化钛材料

新技术 2018年10月03日
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日本广岛大学的研发小组观测到了氧化钛对光的巨大增强效果。这项成果的特点是:(1)开发了极易制作具有巨大增强效果的方法,(2)光的增强度在半导体中为世界最高值,(3)对象材料为目前广泛使用的氧化钛。

向氧化钛多孔膜照射光之后,光会产生强烈的相互作用(米氏共振),膜上物质能以超高效率(最大30000倍)接收光能。另外,研发小组还成功开发了最大程度增强光的材料制作配方,并查明了实现巨大增强的原理(图1)。

广岛大学全球首次发现可将光强度增至500倍的氧化钛材料

图1:氧化钛多孔膜的光增强效果概略图。制作多孔膜需要2道工序,先将实现微细化的氧化钛微粒溶液滴到玻璃基板上,然后使之干燥。向该样品照射光之后,表面附近的分子会高效率发光。增强度达到500倍,按单一分子计算的话增强度达到30000倍。

本研究全球首次在化学性质和物理性质都非常稳定,且得到广泛应用的氧化物——半导体氧化钛中,发现了发光的巨大增强效果。产生巨大增强效果的氧化钛多孔膜可通过以下2道工序轻松制作得到。①在常温下将市售的氧化钛粉末与水和甲醇一起粉碎,实现微细化,②把通过①制作的溶液滴到玻璃板等载体上,在常温下干燥成膜(图2)。另外,制作的材料面积可以较大。简单的制造方法对于实用化也有很大助益。

广岛大学全球首次发现可将光强度增至500倍的氧化钛材料

图2: 氧化钛多孔膜的制作方法概略图。将含有氧化钛微粒的溶液滴落到玻璃基板上,在常温下使之干燥。上图:将微粒分散到水和甲醇的混合溶剂中,下图:将微粒分散到甲醇中。根据水和甲醇的混合比例及氧化钛浓度的不同,多孔膜的结构会发生变化,增强度也会随之改变。论文中发布了制作最优结构的配方。

此次的研究成果已经发布在国际科学杂志《先进光学材料》(Advanced Optical Materials)的在线版上。

文 客观日本编辑部

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