Nanotubes composed of various materials such as carbon, boron nitride, and oxides have been studied recently. In this report, the discovery of a new route for the synthesis of a nanotube made of titanium oxide is presented. Needle-shaped TiO2 crystals (anatase phase) with a diameter of ≈8 nm and a length of ≈100 nm were obtained when sol−gel-derived fine TiO2-based powders were treated chemically (e.g., for 20 h at 110 °C) with a 5−10 M NaOH aqueous solution. It was found by observation using a transmission electron microscope that the needle-shaped products have a tube structure. The TiO2 nanotubes have a large specific surface area of ≈400 m2·g-1. TiO2 nanotubes obtained in the present work are anticipated to have great potential for use in the preparation of catalysts, adsorbants, and deodorants with high activities, because their specific surface area is greatly increased. If metallic-, inorganic-, or organic-based materials can be inserted into the TiO2 nanotubes, novel characteristics such as electric, electromagnetic, or chemical properties may be induced in the TiO2 materials.

Abstract Traditional selectivity of gas sensors determined by the magnitude of the response value has significant limitations. The distinctive inversion sensing behavior not only defies the traditional sensing theory but also provides insight into defining selectivity. Herein, the novel definition of selectivity is established in a study with VO 2 (M1). The sensing behavior of VO 2 (M1) is investigated after its synthesis conditions optimization by machine learning. In gases of the same nature, VO 2 (M1) shows remarkably selective for NH 3 marked with unique resistance increase behavior. Such anomalous behavior is attributed to the formation of the Schottky junction between VO 2 (M1) and the electrode. The “work function‐electron affinity” relation is summarized as the selectivity coefficient, a parameter for predicting the selectivity of the sensing material effectively.

The anomalous gas sensing behavior has garnered significant attention from researchers, prompting a re-evaluation of the gas sensing theory. This work focuses on inversion gas sensing behavior induced by element doping. W/Mo/Cr-doped VO2(M1) samples are synthesized, and their sensing behaviors are investigated. The results show that the elements can modulate the sensing behavior with an opposite orientation. The sensing behavior in the opposite orientation is attributed to the extent of the reduced Fermi level of VO2(M1) after doping. W-doped VO2(M1) maintains a resistance-decreased sensing behavior (-n). In contrast, the decrease in Fermi level results in the formation of a Schottky barrier between the gas-absorbed Mo/Cr-doped VO2(M1) and the electrode. The formation of Schottky barriers leads to the inversion sensing behavior, which feedbacks as an increased resistance (-p). This study offers a novel perspective on the gas sensing theory.

Polymer modification of titania nanomaterials can provide media dispersibility and various functionalities onto the titania surface. Herein, we report the direct in situ polymer modification of the surface of titania nanotubes (TNTs) and titania nanoparticles (TNPs) via ultraviolet (UV)‐irradiated radical polymerization without any pretreatment of titania. The resulting polymer‐modified TNTs and TNPs dispersed well in solvents. The characterization of the products using various techniques including Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and scanning electron microscopy–energy dispersive X‐ray spectroscopy confirmed the successful modification of the TNT and TNP surfaces by the polymers produced via UV‐irradiated radical polymerization. The polymers on the titania surface were isolated by dissolving titania using hydrofluoric acid and analyzed by means of size exclusion chromatography and matrix‐assisted laser desorption/ionization‐time of flight‐mass spectrometry. The polymer‐modified TNTs and TNPs maintained their photocatalytic activity in dye degradation under UV irradiation. Moreover, glycopolymer‐modified TNTs were successfully prepared using the UV‐irradiated polymerization system. The glycopolymer retained its lectin biding affinity on the TNT surface.

In this study, micro-scale numerical simulations were performed to evaluate the residual strength of carbon fiber-reinforced polymers (CFRPs) subjected to cyclic transverse and out-of-plane shear loading fatigue. The simulations utilized a finite element method, incorporating an entropy-based damage criterion for the matrix resin. This method aimed to link entropy generation to strength degradation, with the parameter αo(s) determined as a function of entropy. Cyclic tensile and shear analyses were conducted to correlate residual strength with entropy accumulation, establishing a linear relationship for αo(s). The results demonstrated meso-scale strength degradation based on micro-scale numerical simulations. Material constants for the epoxy resin matrix were determined through creep and tensile tests, and a generalized Maxwell model with 15 elements was used to represent viscoelastic behavior. Numerical simulations employed the Abaqus/Standard 2020 software, with the epoxy resin matrix behavior implemented via a UMAT subroutine. The analysis revealed a linear relationship between entropy and residual strength for both cyclic tensile and out-of-plane shear loading. This approach enhances experimental insights with numerical predictions, offering a comprehensive understanding of CFRP strength degradation under fatigue loading. This study represents the first numerical approach to link the entropy of the matrix resin at the micro-scale with macro-scale residual strength in CFRP, providing a novel and comprehensive framework for understanding and predicting strength degradation under cyclic loading.

Abstract The alkaline treatment synthesis of titania/titanate nanotubes (TNTs) requires highly concentrated alkaline solutions (≥ 10 mol/L), which pose environmental and productivity limitations. In contrast, a bottom-up synthesis method for peroxo-titanate nanotubes (PTNTs) has been developed. This method offers two advantages: it can synthesize materials using low-concentration alkaline solutions (1.5 mol/L) and produce photocatalytic materials that are responsive to visible light. In general, the higher the crystallinity of a catalyst, the better its properties. However, PTNTs synthesized at temperatures close to their boiling point (around 100 °C) exhibit low crystallinity. This study hypothesizes a hydrothermal synthesis method at higher temperatures will enhance the crystallinity and photocatalytic performance of PTNTs, synthesizing them at temperatures ranging from 120 to 200 °C using a method capable of exceeding the boiling point. Higher synthesis temperatures resulted in improved morphological and crystallographic properties of the PTNTs. However, the formation of peroxo-bonding, crucial for visible light responsiveness, decreased. Nevertheless, peroxo-bonding formation was still achievable at the highest temperature of 200 °C, and the sample exhibited the best Rhodamine B (Rh B) photodegradation performance under visible light due to its enhanced specific surface area and crystallinity. This study highlights the novelty and environmental significance of hydrothermally synthesized PTNTs as superior photocatalysts by optimizing the synthesis temperature while using lower concentration alkaline solutions.