TUNING THE OPTICAL PROPERTIES OF MESOPOROUS TiO2 FILMS BY NANOSCALE ENGINEERING

"Tuning the Optical Properties of Mesoporous TiO₂ Films by Nanoscale Engineering". B. Schwenzer, L. Wang, J. S. Swensen, A. B. Padmaperuma, G. Silverman, R. Korotkov, D. J. Gaspar. LANGMUIR 28, 10072 (2012). DOI: 10.1021/la301450h

The optical properties of spin-coated titanium dioxide films have been tuned by introducing mesoscale pores into the inorganic matrix. Differently sized pores were templated using Pluronic triblock copolymers as surfactants in the sol–gel precursor solutions and adjusted by varying the process parameters, such as the polymer concentration, annealing temperature, and time. The change in refractive index observed for different mesoporous anatase films annealed at 350, 400, or 450 °C directly correlates with changes in the pore size. Additionally, the index of refraction is influenced by the film thickness and the density of pores within the films. The band gap of these films is blue-shifted, presumably due to stress the introduction of pores exerts on the inorganic matrix. This study focused on elucidating the effect different templating materials (Pluronic F127 and P123) have on the pore size of the final mesoporous titania film and on understanding the relation of varying the polymer concentration (taking P123 as an example) in the sol–gel solution to the pore density and size in the resultant titania film. Titania thin film samples or corresponding titanium dioxide powders were characterized by X-ray diffraction, cross-section transmission electron microscopy, nitrogen adsorption, ellipsometery, UV/vis spectrometry, and other techniques to understand the interplay between mesoporosity and optical properties.

 Las propiedades ópticas de películas de dióxido de titanio, depositadas mediante spin-coating, han sido modificadas mediante la formación de mesoporos en la matriz inorgánica. Poros de distintos tamaños han sido producidos utilizando como molde copolímeros Pluronic tribloque, los cuales funcionan como tensoactivos en las soluciones sol-gel precursoras, y se ajustaron mediante la modificación de los parámetros de procesado, tales como la concentración de polímero, la temperatura de recocido, y el tiempo. El cambio que se observa en el índice de refracción para diversas películas mesoporosas de anatasa, recocidas a 350, 400 ó 450°C, se relaciona directamente con los cambios en las dimensiones de los poros. Adicionalmente, el índice de refracción se ve afectado por el espesor de la película y por la densidad de poros en las películas. La brecha de energía de estas películas se desplaza hacia el azul, posiblemente por la tensión que induce la formación de los poros sobre la matriz inorgánica. Este trabajo se centra en el estudio del efecto debido a distintos materiales usados como molde (Pluronic F127 y P123) sobre el tamaño de poro de las películas mesoporosas de dióxido de titanio, y en el entendimiento de la relación existente entre la variación de la concentración del polímero (tomando al P123 como ejemplo) en la solución sol-gel y la densidad y el tamaño de los poros resultantes en las películas de dióxido de titanio. Se caracterizaron películas delgadas y polvos de dióxido de titanio mediante difracción de rayos X, microscopia electrónica de transmisión, adsorción de nitrógeno, elipsometría, espectroscopia UV/visible, y mediante otras técnicas que permiten entender la relación existente entre la mesoporosidad y las propiedades ópticas.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la301450h