Application d’une contrainte dynamique sur les films à oxyde mince immobilisés sur un alliage pseudoélastique nickel-titane

Résumé

Une souche dynamique et tendue est appliquée sur les couches minces TiO₂ pour étudier les effets de la souche sur l’électrocatalyse, en particulier la réduction des protons et l’oxydation de l’eau. TiO₂ films sont préparés par le traitement thermique de l’alliage pseudo-élastique NiTi (Nitinol).

Résumé

L’altération directe de la structure/fonction des matériaux par la contrainte est un domaine de recherche croissant qui a permis l’émergence de nouvelles propriétés des matériaux. L’accordage de la structure des matériaux peut être atteint en contrôlant une force externe imposée aux matériaux et en induisant des réactions stress-contrainte (c.-à-d. l’application d’une contrainte dynamique). Les couches minces électroactives sont généralement déposées sur des substrats élastiques de forme ou de volume tunable, où la charge mécanique (c.-à-d. compression ou tension) peut affecter la structure et la fonction du film par la contrainte imposée. Ici, nous résumons les méthodes de tension du dioxyde de titane dopé de type n (TiO₂₎films préparés par un traitement thermique d’un alliage nickel-titane pseudo-élastique (Nitinol). Le but principal des méthodes décrites est d’étudier comment la souche affecte les activités électrocatalytiques de l’oxyde métallique, en particulier l’évolution de l’hydrogène et les réactions d’évolution de l’oxygène. Le même système peut être adapté pour étudier plus largement l’effet de la souche. L’ingénierie des souches peut être appliquée pour l’optimisation d’une fonction matérielle, ainsi que pour la conception de matériaux électrocatalytiques réglables et multifonctionnels (photo) sous contrôle externe du stress.

Introduction

La capacité de modifier la réactivité de surface des matériaux catalytiques en introduisant la souche a été^{largement reconnue 1,2,3}. Les effets de la contrainte dans les matériaux cristallins peuvent être introduits soit en ajustant l’architecture matérielle(contraintestatique) soit en appliquant une force externe variable(souche dynamique). Dans les matériaux cristallins, la souche statique peut être introduite par^{dopage 4}, dés alliage^5,6, annealing⁷, ....

Protocole

1. Préparation des électrodes NiTi/TiO₂

1. Polissage chimique et mécanique des substrats NiTi
   1. Couper le papier d’aluminium NiTi superélastique (épaisseur de 0,05 mm) en lanières de 1 cm x 5 cm.
   2. Échantillon polonais utilisant du papier de verre de 320, 600 et 1200 grains, puis rincer à l’eau ultrapure (18,2 MΩ).
   3. Échantillon polonais avec 1 diamant μm, 0,25 diamant de μm et vernis à l’alumine de 0,05 μm.
   4. Après polissage, sonicate pendant 5 min dans les bains séquentiels d’eau ultrapure (18,2 MΩ), isopropanol, éthanol, eau ultrapure (18,2 MΩ), puis sec sous azote (solvants organiques utilisés étaient de qualité r....

Résultats

Les feuilles NiTi prétraticées sont oxydées à 500 °C dans des conditions aérobies (figure 1). En raison de la nature oxophilique du titane, la calcination à des températures élevées entraîne une couche superficielle de rutile TiO₂. L’épaisseur de la couche et le degré de dopage de type n sont affectés par le temps et la température d’annealing, qui se reflète dans le changement de couleur du gris (échantillon non traité) au bleu/violet uniforme après 20 min de chauffage (

Discussion

Nitinol est un substrat élastique approprié pour appliquer un stress mécanique sur les couches minces. Il est disponible dans le commerce, très conductrice et peut être facilement fonctionnalisé. La préparation de rutile TiO₂ films minces par traitement thermique du nitinol, a comme résultat le TiO₂dopé très n-type. Il est important de souligner que NiTi/TiO_{2 est} un système unique où les films TiO₂ sont préparés par traitement thermique de NiTi plutôt qu’une méthode de dépôt. N.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
2-Propanol	Sigma Aldrich	109634
Ag/AgCl (3M NaCl) Électrode de référence	BASi	MF-2052
Électrode alcaline de référence	Basi	EF-1369
Alcool éthylique, pur, 200 proof, anhydre, =99,5 %	Sigma Aldrich	459836
MT I I / F u l l am SEMTester Series	MTI Instruments
Feuille de nitinol, 0,05 mm (0,002 po) d’épaisseur, superélastique, recuite plate, surface décapée	Alfa Aesar	45492
PK-4 Kit de polissage d’électrodes	BASi	MF-2060
Potentiostat 600D	Instruments CHI	600D
Pt	fil Sigma Aldrich	267228-1G
Hydroxyde de sodium	Sigma Aldrich	221465
Acide sulfurique	Sigma Aldrich	30743