Oxide formation on pure titanium by laser interference patterning to achieve photocatalytic properties

Abstract

Los materiales con propiedades fotocatalíticas se utilizan para diferentes aplicaciones, especialmente en los campos de la generación de energía, el saneamiento ambiental y los biomateriales. Los materiales con actividad fotocatalítica presentan una importante ventaja debido a su alta capacidad para generar reacciones químicas complejas sin necesidad de grandes reactores, sin el uso de agentes químicos y utilizando configuraciones o configuraciones simples. Uno de los materiales más interesantes utilizados en este campo es el dióxido de titanio (TiO2). Muestra una excelente actividad fotocatalítica, antirreflectante, capacidad de autolimpieza, puede producir hidrofilicidad, posee estabilidad química a largo plazo y alta fotorreactividad, junto con menor toxicidad y costos que otros semiconductores. Se utilizan muchas técnicas para el tratamiento con láser superficial de materiales, donde se pueden encontrar diferentes ventajas y desventajas para cada técnica. El requisito de métodos rápidos, precisos y eficientes para la modificación de superficies motiva la búsqueda de tecnologías láser nuevas y mejoradas para satisfacer las necesidades en este campo. La variación de los parámetros de procesamiento del tratamiento con láser puede producir cambios en la química, topografía y morfología de la superficie del material, y se pueden desarrollar grandes mejoras en las propiedades y nuevas aplicaciones, como la tribología, la humectación, la dureza, la reactividad, la compatibilidad química, etc. El uso de pulsos láser con una duración de pulso ultracorta (10-12 a 10-14 s) puede producir ablación láser y transformación química de la superficie, con un daño o modificación mínimo del bulk de la muestra. En este trabajo se estudiaron muestras de titanio tratadas con láser con el objetivo de conseguir oxidación superficial y, por tanto, actividad fotocatalítica en las muestras. El uso de pulsos ultracortos, en combinación con el patrón de interferencia láser directa (DLIP), puede generar estructuras superficiales periódicas con oxidación controlada de la superficie y ligera modificación de las propiedades del bulk. Se utilizó un láser de picosegundos para irradiar muestras de titanio puro con tecnología DLIP y se produjeron muestras oxidadas con un patrón de periodicidad de 10 μm. La variación de los parámetros de procesamiento láser se correlacionó con las propiedades químicas, topográficas y morfológicas resultantes. Se produjeron diferentes estructuras (patrones en forma de línea y patrones de forma cruzada) y se estudió la influencia de la fluencia acumulada (de 100 a 1000 J/cm2) y el número de pulsos por punto (de 330 a 7000) en diferentes muestras. La correlación entre la topografía superficial, la composición química y la actividad fotocatalítica fue discutida y comparada con trabajos anteriores. Mail de los autores Francisco Cortés <ing.cortes.francisco@gmail.com>