1. کریستالوگرافی و پلی مورفیسم دی اکسید تیتانیوم
1.1 آناتاز, روتیل, و بروکیت: تمایزات ساختاری و دیجیتالی
( دی اکسید تیتانیوم)
دی اکسید تیتانیوم (TiO2) یک اکسید فولادی طبیعی است که در آن وجود دارد 3 انواع کریستالی اولیه: روتیل, آناتاز, و بروکیت, هر کدام با وجود به اشتراک گذاشتن فرمول شیمیایی دقیقاً مشابه، آرایش های اتمی متمایز و خواص دیجیتالی را نشان می دهند..
روتیل, یکی از پایدارترین فازها از نظر ترمودینامیکی, شامل یک ساختار بلوری چهارضلعی است که در آن اتم های تیتانیوم به صورت هشت وجهی توسط اتم های اکسیژن به صورت متراکم کار می کنند., راه اندازی زنجیره خطی در امتداد محور c, منجر به ضریب شکست بالا و پایداری شیمیایی عالی می شود.
آناتاز, علاوه بر این چهارضلعی اما با ساختار باز اضافی, گوشه دارد- و هشت وجهی TiO ₆ به اشتراک لبه, ایجاد قدرت سطح بیشتر و کار فوتوکاتالیستی بالاتر به دلیل بهبود حرکت ارائه دهنده هزینه و کاهش نرخ نوترکیبی الکترون حفره.
بروکیت, حداقل معمولی و سخت ترین مرحله برای سنتز, یک چارچوب متعامد با کج شدن هشت وجهی پیچیده را اتخاذ می کند, و در حالی که کمتر مورد بررسی قرار گرفته است, این خانههای میانی را در بین آناتاز و روتیل نشان میدهد که علاقهمند به سیستمهای دورگه است.
قدرت bandgap این مراحل کمی متفاوت است: روتیل دارای یک باند شکاف در اطراف است 3.0 eV, آناتاز اطراف 3.2 eV, و بروکیت در مورد 3.3 eV, بر ویژگی های جذب نور و قابلیت زنده ماندن آنها برای کاربردهای فتوشیمیایی خاص تأثیر می گذارد.
امنیت فاز به دما بستگی دارد; آناتاز معمولاً به طور برگشت ناپذیر به روتیل بیش از 600 تبدیل می شود– 800 درجه سانتیگراد, تغییری که باید در پردازش در دمای بالا مدیریت شود تا خانههای کاربردی ترجیحی حفظ شود.
1.2 شیمی نقص و تکنیک های دوپینگ
سازگاری عملی TiO 2 نه تنها از طریق کریستالوگرافی ذاتی آن، بلکه به دلیل توانایی آن در تناسب با مشکلات فاکتورها و مواد ناخالصی که چارچوب دیجیتالی آن را تغییر می دهند نیز رخ می دهد..
کارهای اکسیژن و بینابینی های تیتانیوم به عنوان کمک کننده های نوع n کار می کنند, افزایش رسانایی الکتریکی و ایجاد حالت های شکاف میانی که می تواند بر جذب نوری و کار کاتالیزوری تأثیر بگذارد..
دوپینگ مدیریت شده با کاتیون های فولادی (به عنوان مثال, Fe TWO⁺, Cr ³⁺, V چهار⁺) یا آنیون های غیر فلزی (به عنوان مثال, ن, اس, سی) با معرفی سطوح آلودگی فاصله باند را کاهش می دهد, فعال سازی نور مرئی را ممکن می سازد– یک نوآوری حیاتی برای کاربردهای خورشیدی.
به عنوان نمونه, دوپینگ نیتروژن جایگزین وب سایت های اکسیژن شبکه می شود, ایجاد حالت های موضعی در بالای باند ظرفیت که تحریک توسط فوتون های با طول موج تقریباً امکان پذیر می شود. 550 نانومتر, به طور قابل توجهی بخش قابل استفاده از محدوده خورشیدی را گسترش می دهد.
این تنظیمات برای غلبه بر محدودیت اصلی TiO2 ضروری است: فاصله باند وسیع آن، فعالیت نوری را به ناحیه فرابنفش محدود می کند, که فقط حدود 4 را تشکیل می دهد– 5% از نور خورشید مورد.
( دی اکسید تیتانیوم)
2. تکنیک های سنتز و کنترل مورفولوژیکی
2.1 تکنیک های ساخت سنتی و پیشرفته
دی اکسید تیتانیوم را می توان از طریق طیف وسیعی از روش ها تولید کرد, هر کدام از سطوح مختلف کنترل بر خلوص مرحله استفاده می کنند, اندازه قطعه, و مورفولوژی.
سولفات و کلرید (کلرزنی) فرآیندها مسیرهای صنعتی در مقیاس بزرگ هستند که عمدتاً برای تولید رنگدانه مورد استفاده قرار می گیرند, مستلزم هضم غذای ایلمنیت یا سرباره تیتانیوم است که با هیدرولیز یا اکسیداسیون انجام می شود تا پودر TiO2 عالی تولید شود..
برای کاربردهای مفید, رویکردهای شیمیایی مرطوب مانند جابجایی سل-ژل, سنتز هیدروترمال, و دوره های solvothermal به دلیل توانایی آنها در تولید محصولات نانوساختار با مساحت بالا و بلورینگی قابل تنظیم مورد پسند هستند..
سنتز سل-ژل, شروع از آلکوکسیدهای تیتانیوم مانند ایزوپروپوکسید تیتانیوم, امکان کنترل دقیق استوکیومتری و تشکیل لایه های نازک را فراهم می کند, یکپارچه ها, یا نانوذرات با واکنش های هیدرولیز و چند تراکمی.
تکنیک های گرمابی باعث رشد نانوساختارهای متمایز می شود– مانند نانولوله ها, نانومیله ها, و میکروسفرها را سفارش داد– با مدیریت دما, استرس, و pH در تنظیمات مایع, اغلب از مواد معدنی مانند NaOH برای تبلیغ رشد ناهمسانگرد استفاده می کنند.
2.2 نانوساختار و طراحی ناهمگونی
راندمان TiO2 در فتوکاتالیز و تبدیل انرژی به شدت بر اساس مورفولوژی است..
نانوساختارهای یک بعدی, مانند نانولولههایی که با آنودیزاسیون فلز تیتانیوم تولید میشوند, مسیرهای مستقیم انتقال الکترون و نسبت های سطح به حجم بزرگ را فراهم می کند, بهبود اثربخشی جداسازی شارژ.
نانو ورق های دو بعدی, به ویژه آنهایی که در معرض انرژی بالا هستند 001 عناصر موجود در آناتاز, نمایش واکنش پذیری برتر در نتیجه ضخامت بیشتر اتم های تیتانیوم ناهماهنگ که به عنوان مکان های فعال برای پاسخ های ردوکس عمل می کنند..
برای بهبود عملکرد بهتر, TiO2 معمولاً مستقیماً در سیستم های اتصال ناهمگون با سایر نیمه هادی ها ادغام می شود (به عنوان مثال, g-C شش N4, سی دی اس, WO SIX) یا کمک های رسانا مانند گرافن و نانولوله های کربنی.
این کامپوزیت ها تقسیم فضایی الکترون ها و حفره ها را تسهیل می کنند, کاهش تلفات نوترکیبی, و از طریق نتایج حساس سازی یا قرار دادن نوار، جذب نور را مستقیماً به آرایه قابل توجه گسترش دهید.
3. اقامتگاه های مفید و حساسیت سطحی
3.1 سیستم های فوتوکاتالیستی و کاربردهای زیست محیطی
یکی از محبوب ترین ساختمان های TiO 2 وظیفه فوتوکاتالیستی آن تحت تابش UV است., که امکان از بین بردن سموم طبیعی را فراهم می کند, غیر فعال سازی باکتریایی, و فیلتر هوا و آب.
بر اثر جذب فوتون, الکترون ها از باند ظرفیت به نوار رسانایی برانگیخته می شوند, ایجاد سوراخ هایی که نماینده اکسید کننده موثر هستند.
این ارائه دهندگان خدمات هزینه با آب و اکسیژن سطحی جذب شده پاسخ می دهند تا انواع اکسیژن پاسخگو ایجاد کنند. (ROS) مانند رادیکال های هیدروکسیل (- اوه), آنیون های سوپراکسید (- ای دو), و پراکسید هیدروژن (H TWO O TWO), که به طور غیر انتخابی آلاینده های طبیعی را مستقیماً به CO2 اکسید می کنند, H2 O, و اسیدهای معدنی.
این مکانیسم در سطوح خود تمیز شونده مورد استفاده قرار می گیرد, که در آن کاشیهای شیشهای یا سرامیکی با پوشش دوگانه TiOO به آلودگیهای آلی و بیوفیلمها در زیر نور آفتاب آسیب میرسانند., و در سیستم های فاضلاب درمانی که رنگ ها را هدف قرار می دهند, مواد مخدر, و اختلالات غدد درون ریز.
علاوه بر این, فوتوکاتالیست های مبتنی بر TiO TWO برای تصفیه هوا ساخته می شوند, حذف ترکیبات آلی فرار (VOCs) و اکسیدهای نیتروژن (NOₓ) از محیط های داخلی و شهری.
3.2 پراکندگی نوری و عملکرد رنگدانه
فراتر از املاک مسکونی یا تجاری پاسخگوی آن, TiO2 رایج ترین رنگدانه سفید مورد استفاده در این سیاره به دلیل ضریب شکست استثنایی آن است. (~ 2.7 برای روتیل), که امکان شفافیت و روشنایی بالا در رنگ ها را فراهم می کند, به پایان می رسد, پلاستیک ها, کاغذ, و لوازم آرایشی.
رنگدانه با پراکندگی نور مرئی با موفقیت عمل می کند; وقتی ابعاد ذرات تقریباً به نصف طول موج نور افزایش یابد (~ 200– 300 نانومتر), از پراکندگی Mie به بهترین نحو استفاده می شود, ایجاد قدرت پنهان استثنایی.
درمان سطح با سیلیس, آلومینا, یا پوشش های طبیعی برای افزایش انتشار اعمال می شود, کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی (برای جلوگیری از زوال ماتریس میزبان), و استحکام را در کاربردهای فضای باز افزایش دهد.
در ضد آفتاب ها, TiO2 در اندازه نانو با پراکندگی و جذب پرتوهای مضر UVA و UVB در عین شفاف ماندن در انواع مرئی، دفاع با طیف وسیع UV ایجاد می کند., با استفاده از یک مانع فیزیکی بدون تهدیدات مرتبط با برخی از فیلترهای طبیعی UV.
4. برنامه های کاربردی در قدرت و مواد هوشمند
4.1 عملکرد در تبدیل و ذخیره انرژی خورشیدی
دی اکسید تیتانیوم نقشی اساسی در فناوری های منابع تجدیدپذیر ایفا می کند, به ویژه در سلول های خورشیدی حساس به رنگ (DSSC ها) و باتری های خورشیدی پروسکایت (PSC ها).
در DSSC ها, یک فیلم مزوپور از آناتاز نانوکریستالی به عنوان یک لایه انتقال الکترون عمل می کند, پذیرش الکترون های برانگیخته شده از یک حساس کننده رنگ و هدایت آنها به مدار بیرونی, در حالی که شکاف پهن آن حداقل جذب انگلی را تضمین می کند.
در PSC ها, TiO2 به عنوان تماس انتخابی الکترون عمل می کند, ترویج استخراج هزینه و افزایش ثبات ابزار, اگرچه مطالعه برای جایگزینی آن با گزینه های فوتواکتیو بسیار کمتر برای افزایش طول عمر ادامه دارد.
TiO2 به علاوه در فوتوالکتروشیمی بررسی می شود (PEC) سیستم های تقسیم آب, جایی که به عنوان یک فوتوآند عمل می کند تا آب را به اکسیژن اکسید کند, پروتون ها, و الکترون ها در زیر نور UV, افزودن به تولید هیدروژن سبز.
4.2 جذب در پوشش های هوشمند و ابزارهای زیست پزشکی
کاربردهای مبتکرانه شامل پنجره های خانه هوشمند با قابلیت های خود تمیز شونده و ضد مه می شود., جایی که پوشش های TiO 2 به نور و رطوبت واکنش نشان می دهند تا شفافیت و بهداشت را حفظ کنند.
در زیست پزشکی, TiO2 برای سنجش زیستی مورد بررسی قرار می گیرد, محموله دارو, و ایمپلنت های ضد میکروبی در نتیجه زیست سازگاری آن, امنیت, و واکنشپذیری ناشی از عکس.
به عنوان مثال, نانولولههای TiO2 که روی ایمپلنتهای تیتانیوم منبسط شدهاند، میتوانند یکپارچگی استخوان را تبلیغ کنند و در عین حال عملکرد ضد باکتریایی موضعی را تحت قرار گرفتن در معرض مستقیم نور ارائه دهند..
به طور خلاصه, دی اکسید تیتانیوم همگرایی تحقیقات علمی محصولات ضروری را با توسعه فنی معقول نشان می دهد.
ترکیب خاص آن از نوری, دیجیتال, و ویژگیهای مسکونی شیمیایی سطح، کاربردهای متفاوتی از محصولات مشتری روزانه تا سیستمهای زیست محیطی و انرژی پیشرفته را ممکن میسازد..
به عنوان پیشرفت های تحقیقاتی در نانوساختار, دوپینگ, و طراحی کامپوزیت, TiO2 به عنوان یک محصول اساسی در فناوری های مدرن پایدار و هوشمند به توسعه خود ادامه می دهد.
5. فروشنده
RBOSCHCO یک تامین کننده قابل اعتماد جهانی مواد شیمیایی است & سازنده با بیش از 12 سالها تجربه در ارائه مواد شیمیایی و نانومواد با کیفیت فوق العاده بالا. این شرکت به بسیاری از کشورها صادرات دارد, مانند ایالات متحده آمریکا, کانادا, اروپا, امارات متحده عربی, آفریقای جنوبی, تانزانیا, کنیا, مصر, نیجریه, کامرون, اوگاندا, ترکیه, مکزیک, آذربایجان, بلژیک, قبرس, جمهوری چک, برزیل, شیلی, آرژانتین, دبی, ژاپن, کره, ویتنام, تایلند, مالزی, اندونزی, استرالیا,آلمان, فرانسه, ایتالیا, پرتغال و غیره. به عنوان یک تولید کننده پیشرو در توسعه فناوری نانو, RBOSCHCO بر بازار تسلط دارد. تیم کاری حرفه ای ما راه حل های عالی برای کمک به بهبود کارایی صنایع مختلف ارائه می دهد, ارزش ایجاد کند, و به راحتی با چالش های مختلف کنار می آیند. اگر به دنبال دی اکسید تیتانیوم ایمن است, لطفا یک ایمیل به: [email protected]
برچسب ها: دی اکسید تیتانیوم,تیتانیوم دی اکسید تیتانیوم, TiO2
همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.
از ما پرس و جو کنید