Wiederbeschreibbare UV-empfindliche Oberflächen aus dotierten TiO2-Nanokristallen

Forschern ist es gelungen, ein Beschichtungsmaterial herzustellen, das mit UV-Licht beschrieben und mit Sauerstoff wieder gelöscht werden kann. Änderungen an wiederbeschreibbarem Papier könnten dazu beitragen, den Papierabfall in einer Vielzahl von Anwendungen zu reduzieren. Das Material besteht aus drei ungiftigen Komponenten und wird, wie in der Zeitschrift beschrieben, in einem einzigen Syntheseschritt hergestellt Angewandte Chemie.

Yadong Yin und sein Team an der University of California, Riverside (USA) konzentrierten sich auf Nanokristalle aus Titanoxid (TiO2), um ein lichtempfindliches, wiederbeschreibbares System herzustellen. Nanokristallines TiO2, ein Halbleiter, verdunkelt sich bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht aufgrund von Ladungstrennung und Reduktion von Titanatomen. Entscheidend ist, dass die Farbänderung nicht dauerhaft ist, da Sauerstoff in der Luft das Titan erneut oxidiert und eine Rückkehr zur Transparenz bewirkt.

Das Forscherteam konzentrierte sich darauf, den Farbwechsel über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten. Sie verwendeten Stickstoff als Dotierstoff, den sie aus Harnstoff gewonnen hatten, und verzierten die Kristalle mit einer üblichen ungiftigen Substanz namens Diethylenglykol. Dieser Stoff, der Synthese als Lösungsmittel zugesetzt, spielte auch eine entscheidende Rolle bei der Farbänderung; Die Forscher stellten fest, dass es überschüssige Elektronenlöcher auffängt und so die Reoxidation und die Rückkehr in den transparenten Zustand verzögert.

Auf Glas oder Papier aufgetragen bildeten die Nanokristalle eine gleichmäßige Beschichtung, die mit UV-Licht beschriftet werden konnte. Zur Herstellung des Schriftzuges waren lediglich 30 Sekunden Beleuchtung mit einer Lichtquelle bei einer Wellenlänge von weniger als 400 nm erforderlich. Das Team betonte, dass es nicht notwendig sei, eine starke Lichtquelle zu verwenden; Lampen im Leistungsbereich von LEDs reichten aus, um einen hohen Kontrast auf dem Material zu erzeugen.

Das Team erkundete zwei Light-Writing-Methoden. Zuerst erzeugten sie Muster oder gedruckten Text, indem sie das Papier- oder Glassubstrat durch eine Fotomaske beleuchteten. Sie produzierten auch Freihandschreiben mit einem Laserstift. Beide Optionen ergaben ein kontrastreiches Muster, das über viele Stunden stabil war und entweder durch Erhitzen gelöscht oder durch Oxidation langsam verblasst werden konnte. Das Team weist darauf hin, dass eine Verlängerung der Lebensdauer des Drucks möglich ist, indem die Folienoberfläche mit einer Schutzschicht aus einem ungiftigen Polymer bedeckt wird, wodurch die Exposition gegenüber Sauerstoff verringert wird.

Der Hauptvorteil des von Yin und seinem Team entwickelten Systems ist seine Wiederverwendbarkeit. Die Studie zeigte, dass bis zu 50 Schreib-Lösch-Zyklen ohne nennenswerten Kontrastverlust abgeschlossen werden konnten. Dies bedeutet, dass die Technologie in einer Reihe von Bereichen angewendet werden könnte, in denen wiederverwendbare/wiederbeschreibbare Oberflächen erforderlich sind; B. Tagesfahrkarten, Informationstafeln, Datenspeicher oder Sensorik. Die Autoren heben die einfache Herstellungsweise unter Verwendung gängiger, ungiftiger Ausgangsmaterialien und die hohe Kompatibilität mit anderen Materialien hervor.