Esitellä:
Materiaalitieteen alalla,titaanidioksidi(TiO2) on noussut kiehtovana yhdisteenä, jolla on monenlaisia sovelluksia. Tällä yhdisteellä on erinomaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet, mikä tekee siitä korvaamattoman useilla teollisuussektoreilla. Sen ainutlaatuisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi täysin titaanidioksidin kiehtovaa rakennetta on tutkittava perusteellisesti. Tässä blogiviestissä tutkimme titaanidioksidin rakennetta ja valaisimme sen erityisominaisuuksien taustalla olevia perussyitä.
1. kiderakenne:
Titaanidioksidilla on kiderakenne, joka määritetään ensisijaisesti sen ainutlaatuisella atomien järjestelyllä. VaikkaTiO2Siinä on kolme kiteistä vaihetta (anataasi, rutiili ja brookite), keskitymme kahteen yleisimpaan muotoon: rutile ja anataasi.
A. rutiilirakenne:
Rutiilifaasi tunnetaan tetragonaalisesta kiderakenteesta, jossa kutakin titaaniatomia ympäröi kuusi happiatomia, jotka muodostavat kierretyn oktaedron. Tämä järjestely muodostaa tiheän atomikerroksen, jossa on läheinen pakattu happea. Tämä rakenne antaa rutille poikkeuksellisen vakauden ja kestävyyden, mikä tekee siitä sopivan moniin sovelluksiin, mukaan lukien maali, keramiikka ja jopa aurinkovoide.
B. anataasirakenne:
Anataasin tapauksessa titaaniatomit sitoutuvat viiteen happiatomiin muodostaen oktaedroneja, joilla on reunat. Siksi tämä järjestely johtaa avoimempaan rakenteeseen, jossa on vähemmän atomeja tilavuusyksikköä kohti verrattuna rutiiliin. Pienestä tiheydestään huolimatta anataasilla on erinomaiset fotokatalyyttiset ominaisuudet, mikä tekee siitä tärkeän komponentin aurinkokennoissa, ilmanpuhdistusjärjestelmissä ja itsepuhdistuksessa.
14. Energian kaistaverkko:
Energiakaistaväli on toinen TiO2: n tärkeä ominaisuus ja myötävaikuttaa sen ainutlaatuisiin ominaisuuksiin. Tämä aukko määrittää materiaalin sähkönjohtavuuden ja sen herkkyyden valon imeytymiselle.
A. rutile band -rakenne:
Rutiile TiO2on suhteellisen kapea kaistaväli noin 3,0 eV, mikä tekee siitä rajoitetun sähköjohtimen. Sen nauharakenne voi kuitenkin absorboida ultraviolettivalon (UV), joten se on ihanteellinen käytettäväksi UV -suojaavissa, kuten aurinkovoidetta.
B. anataasinauharakenne:
Anataasi puolestaan on laajempi kaistaväli, joka on noin 3,2 eV. Tämä ominaisuus antaa anataasi TiO2: n erinomaisen fotokatalyyttisen aktiivisuuden. Valenssinauhan elektronit altistetaan valolle ja hyppäävät johtamiskaistalle aiheuttaen erilaisia hapettumis- ja pelkistysreaktioita. Nämä ominaisuudet avaavat oven sovelluksille, kuten veden puhdistaminen ja ilman pilaantumisen lieventäminen.
3. Viat ja muutokset:
SeTiO2: n rakenneei ole ilman virheitä. Nämä viat ja modifikaatiot vaikuttavat merkittävästi niiden fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.
A. Hapen avoimet työpaikat:
TiO2 -hilan happea avoimien työpaikkojen muodossa viat tuovat parittomien elektronien pitoisuuden, mikä johtaa lisääntyneeseen katalyyttiseen aktiivisuuteen ja värikeskusten muodostumiseen.
B. Pinnanmuutos:
Kontrolloidut pintamodifikaatiot, kuten seostaminen muiden siirtymämetalli -ionien kanssa tai funktionalisointi orgaanisilla yhdisteillä, voivat edelleen parantaa TiO2: n tiettyjä ominaisuuksia. Esimerkiksi metallien, kuten platinan, kaltaisten metallien kanssa voi parantaa sen katalyyttistä suorituskykyä, kun taas orgaaniset funktionaaliset ryhmät voivat parantaa materiaalin stabiilisuutta ja fotoaktiivisuutta.
Lopuksi:
TiO2: n poikkeuksellisen rakenteen ymmärtäminen on kriittistä sen merkittävien ominaisuuksien ja laajan käyttövalikoiman ymmärtämiseksi. Jokaisella TiO2: n kiteisessä muodossa on ainutlaatuiset ominaisuudet tetragonaalisesta rutiilirakenteesta avoimeen, fotokatalyyttisesti aktiiviseen anataasivaiheeseen. Tutkimalla energiakaistan aukkoja ja virheitä materiaaleissa, tutkijat voivat edelleen optimoida niiden ominaisuudet sovelluksille, jotka vaihtelevat puhdistustekniikoista energiankorjuun. Kun jatkamme titaanidioksidin mysteerien purkamista, sen potentiaali teollisessa vallankumouksessa on edelleen lupaava.
Viestin aika: 30.-20. Lokakuu 2013