二氧化鈦助力新一代納米尺度機械應力光學感測器的誕生

來自洛桑聯邦理工學院、德國和法國的科學家發現了一種廉價而豐富的銳鈦礦型二氧化鈦具有新的特性，這一特性使二氧化鈦有望成為室溫納米感測器機械應力的光學讀出材料。

測量納米世界中的機械應力是材料科學和工程中的一個重大挑戰。突破的關鍵是將能夠對機械應力作出反應的廉價納米尺寸材料與簡單的檢測方案相結合。一種可行方法就是開發具有光學讀出的感測器。然而，到目前為止，還沒有任何納米材料在施加機械應力時以簡單且可預測的方式改變其吸光性能，尤其是在室溫條件下。如果能夠擁有這種材料，那麼在許多感測應用中將有極大的用途，比如用於生物科學和計量學中的感測器件。

與此同時，位於洛桑超大科學中心洛桑聯邦理工學院的Majed Chergui實驗室與Max-Planck實驗室的Angel Rubio理論團隊和Le Mans大學的Pascal Ruello理論團隊合作，證明了二氧化鈦銳鈦礦型納米粒子可以徹底改變這一領域。

二氧化鈦是一種廉價而豐富的材料，已廣泛應用於光電池、光催化、透明導電襯底、防晒霜、油漆、水和空氣凈化等領域。Chergui和他的同事們最新進展發表在了最近的 Nano Letters期刊上，他們的研究表明二氧化鈦具有光學讀出功能，是開發納米級室溫應變感測器的最有前景的候選材料。

實驗中，研究人員在室溫條件下向二氧化鈦納米粒子中發射了機械應力波，並在材料主吸收帶附近監測了它們的光學響應，稱為激子。他們發現，在施加機械應力下，納米二氧化鈦的光響應強度發生了變化。這種簡單的反應與所有目前已知材料的行為不一致，後者對機械應力的光響應是不一致的。這些新發現為基於單個激光頻率調諧激子共振的光學讀出感測器的發展鋪平了道路。

由於二氧化鈦已經被嵌入到大量的設備中，並且有廣泛的專業知識可將其與其他系統相結合，所以這些發現有望在納米尺度上產生新一代的機械應力光學感測器。

Edoardo Baldini(這篇文章的第一作者，現在麻省理工學院)說：「這一觀測是應用深紫外線新型超快激光技術實現的。我們預計這一實驗方法在不久的將來會為納米領域的研究帶來更令人興奮的發現。」

原文來自：phys.org，原文題目：Titanium dioxide as a nanoscale sensor of mechanical stress，由材料科技在線團隊翻譯整理。

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