이산화 티타늄 (TIO)은 광촉매, 태양 전지, 안료 및 화장품과 같은 다양한 분야에서 다양한 응용 프로그램을 갖춘 널리 연구되고 활용 된 재료입니다. 성능과 속성에 큰 영향을 미치는 중요한 측면 중 하나는 형태입니다. Tio의 형태는 나노 스케일 및 마이크로 스케일 수준에서의 모양, 크기 및 구조를 나타냅니다. 다른 형태가 그 특성에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것은 응용 분야를 최적화하고 TIO에 기반으로 새롭고 개선 된 재료를 개발하는 데 매우 중요합니다.
이산화 티타늄은 흰색, 무기 화합물이며, 양기, 아나 타제 및 브룩이트를 포함한 여러 미네랄에서 자연적으로 발생합니다. 높은 굴절률, 우수한 화학적 안정성 및 강한 UV 흡수 기능을 갖추고 있습니다. 이러한 특성은 많은 산업 응용 분야에서 인기있는 선택입니다. 예를 들어, 페인트 및 코팅 산업에서 Tio₂은 제품에 백색도와 불투명도를 제공하기위한 안료로 사용됩니다. 화장품 산업에서는 선 스크린으로 사용하여 피부를 유해한 UV 방사선으로부터 보호합니다.
산업 규모의 TIO 연체의 생산에는 주로 황산염 공정과 염화물 공정의 두 가지 과정이 포함됩니다. 황산염 공정은 황산을 사용하여 티타늄 함유 광석을 처리하는 오래된 방법이며, 클로라이드 공정은 염소 가스를 사용하여 티타늄 광석을 TIO로 전환하는보다 현대적이고 환경 친화적 인 접근법입니다. 생산 방법에 관계없이, 결과적인 TIO₂은 반응 조건 및 후속 처리 단계에 따라 다른 형태를 가질 수있다.
광범위하게 연구 된 Tio의 몇 가지 일반적인 형태가 있습니다. 가장 잘 알려진 중 하나는 구형 형태입니다. 구형 티오 ₂ 나노 입자는 졸-겔 합성과 같은 다양한 방법을 통해 합성 될 수있다. 이들 구형 입자는 전형적으로 비교적 균일 한 크기 분포를 가지며 직경이 몇 나노 미터에서 수백 나노 미터에서 범위 일 수있다. 예를 들어, 일부 연구에서, 평균 직경이 약 20-50 나노 미터 인 구형 티오 나노 입자가 성공적으로 준비되고 특성화되었다.
또 다른 중요한 형태는 막대 모양 또는 나노로드 형태입니다. Tio₂의 나노로드는 열수 합성과 같은 기술을 사용하여 성장할 수 있습니다. 나노로드의 길이 및 종횡비는 반응 파라미터를 조정하여 제어 할 수 있습니다. 예를 들어, 반응 온도, 반응 시간 및 전구체의 농도를 변경함으로써 길이와 종횡비가 다른 나노로드를 얻을 수있다. 일부 연구에 따르면 수백 나노 미터에서 몇 마이크로 미터까지의 길이가 5 : 1 내지 20 : 1에 이르는 종횡비의 길이가있는 Tio₂ 나노로드의 합성을보고했습니다.
Tio₂의 시트와 유사 또는 혈소판 형태도 큰 관심을 끌고 있습니다. 이들은 특정 화학 반응 또는 주형 보조 합성 방법을 통해 형성 될 수있다. 혈소판 TIOures 구조는 종종 큰 표면적 대 부피 비율을 가지며, 이는 광촉매와 같은 특정 응용 분야에 유리할 수 있습니다. 어떤 경우에는 혈소판의 두께가 몇 나노 미터만큼 얇을 수있는 반면, 측면 치수는 마이크로 미터 범위 일 수 있습니다.
상기 외에도 계층 구조와 같은 더 복잡한 형태가 있습니다. 계층 적 tio t 구조는 다른 기본 형태를 결합합니다. 예를 들어, 구조는 구형 입자의 표면에 조립 된 나노로드로 구성 될 수 있습니다. 이러한 계층 구조는 복잡한 아키텍처로 인해 고유 한 속성을 제공 할 수 있습니다. 그들은 단순한 형태에 비해 향상된 광산 산란 및 흡수 기능을 제공 할 수 있으며, 단순한 형태에 비해 개선 된 질량 수송 특성을 제공 할 수 있습니다.
TIO₂의 광학적 특성은 특히 태양 전지 및 광촉매와 같은 광 흡수 및 산란과 관련된 응용 분야에서 큰 의미가 있습니다. Tioology의 형태는 광학 특성에 큰 영향을 미칩니다.
구형 tio t 나노 입자의 경우, 그들의 작은 크기는 양자 구속 효과를 초래하여 벌크 tio와 비교하여 흡수 스펙트럼의 청색 이동을 유발할 수 있습니다. 이것은 나노 입자가 벌크 재료보다 짧은 파장에서 빛을 흡수한다는 것을 의미합니다. 청색 이동 정도는 나노 입자의 크기에 따라 다릅니다. 예를 들어, 구형 나노 입자의 직경이 50 나노 미터에서 20 나노 미터로 감소함에 따라, 흡수 피크는 스펙트럼의 청색 영역을 향해 더 이동할 수있다. 이 특성은 티오 ₂ 나노 입자의 흡수가 염료 분자의 흡수와 일치 해야하는 일부 유형의 염료 감작 태양 전지와 같은 특정 흡수 파장이 필요한 응용 분야에서 이용 될 수있다.
반면에, Tio₂의 나노로드는 길쭉한 모양으로 인해 이방성 광학 특성을 갖는다. 나노로드의 장축을 따라 빛의 흡수와 산란은 짧은 축을 따른 것과 다릅니다. 이 이방성은 편광 검출과 같은 응용 분야에서 이용 될 수 있습니다. 또한, 나노로드의 종횡비는 광 흡수 효율에 영향을 줄 수있다. 더 높은 종횡비 나노로드는 일반적으로 광 흡수에 이용 가능한 더 큰 표면적을 갖는데, 이는 광 흡수가 제한 요인 인 응용 분야에서 광촉매 활성을 향상시킬 수있다. 예를 들어, 유기 오염 물질의 광촉매 분해에 대한 다른 종횡비를 갖는 Tio₂ 나노로드를 비교 한 연구에서, 종횡비가 10 : 1 인 나노로드는 종횡비가 낮은 것보다 상당히 높은 분해율을 나타냈다.
시트와 유사한 TIO₂ 구조는 표면적 대 부피 비율이 넓어 광 흡수가 향상됩니다. 시트의 평평하고 확장 된 표면은 빛을 효과적으로 포착하고 흡수 할 수있어 일부 고급 광촉매 반응기와 같이 효율적인 광 흡수가 중요한 적용에 적합합니다. 또한 시트의 방향은 광 흡수 및 산란 패턴에도 영향을 줄 수 있습니다. 시트가 특정 방향으로 배열되면 방향성 광 산란으로 이어질 수 있으며, 이는 특정 광학 응용 분야에 유리할 수 있습니다.
계층 적 tio t 구조는 광학적 특성 측면에서 다른 기본 형태의 장점을 결합합니다. 구형 성분은 우수한 광 산란을 제공 할 수 있으며, 나노로드 또는 시트에 부착 된 시트는 광 흡수를 향상시킬 수 있습니다. 이 조합은 재료의 광학 성능을 전반적으로 개선 할 수 있습니다. 예를 들어, 태양 전지 적용을위한 계층 적 TIO 조 구조에 대한 연구에서, 계층 구조는 강화 된 광 흡수 및 산란 기능으로 인해 단순 구형 또는 나노로드 형태 만보다 더 높은 전력 변환 효율을 나타낸다는 것이 밝혀졌다.
광 촉매는 TIO₂의 가장 중요한 응용 중 하나이며, 이곳에서 유기 오염 물질을 분해하고 물을 멸균하며 물 분할을 통해 수소를 생성하는 데 사용됩니다. Tioology의 형태는 광촉매 성능을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.
구형 티오 ₂ 나노 입자는 비교적 큰 표면적 대 부피 비율을 가지며, 이는 오염 물질의 흡착 및 반응을위한보다 활성 부위를 제공하기 때문에 광촉매에 유리하다. 그러나, 그들의 작은 크기는 또한 전자-구멍 쌍의 빠른 재조합으로 이어질 수 있으며, 이는 광촉매 효율을 감소시킨다. 이 문제를 극복하기 위해, 다른 요소와 도핑하거나 다른 반도체와의 커플 링과 같은 다양한 전략이 사용되었습니다. 예를 들어, 구형 티오 나노 입자가 질소로 도핑 될 때, 전자-홀 쌍의 재조합이 억제되고, 유기 오염 물질의 분해를위한 광촉매 활성이 유의하게 향상된다.
tio₂의 나노로드는 광촉매에서 몇 가지 장점을 제공합니다. 그들의 길쭉한 모양은 전자 구멍 쌍의 이동을위한 직접적인 경로를 제공하여 재조합 속도를 줄입니다. 나노로드의 길이를 따라 넓은 표면적은 또한 반응을위한보다 활성 부위를 제공한다. 메틸렌 블루의 광촉매 분해에 대한 연구에서, 길이가 500 나노 미터이고 10 : 1의 종횡비를 갖는 Tio₂ 나노로드는 같은 부피의 구형 티오 나노 입자보다 훨씬 높은 분해 속도를 나타냈다. 나노로드는 전자 구멍 쌍을 효과적으로 분리하고 반응에 대한보다 활성 부위를 제공 할 수 있었기 때문이다.
시트-유사 TIO₂ 구조는 구형 나노 입자와 유사한 표면적 대 부피 비율을 갖는다. 그러나 평평하고 확장 된 표면은 오염 물질의 흡착을보다 효과적으로 촉진 할 수 있습니다. 또한, 시트의 방향은 광촉매 공정 동안 반응물 및 생성물의 질량 수송에 영향을 줄 수있다. 예를 들어, 시트가 평행 방향으로 배열되면 시트의 활성 부위로 오염 물질의 질량 수송을 향상시켜 광촉매 효율을 향상시킬 수 있습니다.
계층 적 tio t 구조는 광촉매에서 다른 형태의 장점을 결합합니다. 구형 성분은 오염 물질의 우수한 흡착을 제공 할 수있는 반면, 나노로드 또는 시트에 부착 된 나노로드는 전자 구멍 쌍의 분리를 향상시키고 반응에 대한보다 활성 부위를 제공 할 수 있습니다. 페놀의 광촉매 분해를위한 계층 적 TIO 조 구조에 대한 연구에서, 계층 적 구조는 흡착, 전기 구멍 쌍의 분리, 활성 부위의 분리에서 결합 된 이점으로 인해 개별 구형 또는 나노로드 형태보다 훨씬 높은 분해 속도를 나타낸다는 것이 밝혀졌다.
TIO₂의 전기적 특성은 태양 전지 및 전자 장치와 같은 응용 분야에서 중요합니다. Tio의 형태는 전기적 특성에 중대한 영향을 줄 수 있습니다.
구형 티오 나노 입자의 경우, 작은 크기는 높은 표면적 대 부피 비율로 이어질 수 있으며, 이는 전하 캐리어 밀도 및 이동성에 영향을 줄 수 있습니다. 경우에 따라, 나노 입자는 표면 결함의 존재 및 입자 내의 제한된 전도 경로로 인해 더 높은 저항력을 나타낼 수있다. 그러나, 이들 나노 입자가 복합 재료에 통합되거나 특정 장치 구성에 사용될 때, 전기 특성을 변조 할 수있다. 예를 들어, 구형 티오 나노 입자를 갖는 중합체 기반 복합체에서, 전도성 필러의 첨가는 나노 입자 주위의 전도성 경로를 제공함으로써 복합재의 전기 전도도를 향상시킬 수있다.
tio₂의 나노로드는 길쭉한 모양으로 인해 이방성 전기 구조를 가지고 있습니다. 전하 담체는 단락을 따라 나노로드의 장축을 따라 더 쉽게 마이그레이션 할 수 있습니다. 이 이방성은 전계 효과 트랜지스터와 같은 응용 분야에서 이용 될 수 있습니다. 또한, 나노로드의 종횡비는 전기 전도도에 영향을 줄 수 있습니다. 더 높은 종횡비 나노로드는 일반적으로 장축을 따라 더 긴 전도 경로로 인해 저항력이 낮습니다. 예를 들어, 다른 종횡비를 갖는 Tio₂ 나노로드의 전기적 전도도를 비교하는 연구에서, 종횡비가 15 : 1 인 나노로드는 측면 비율이 낮은 것보다 저항력이 상당히 낮다는 것이 밝혀졌다.
시트-유사 TIO₂ 구조는 표면적 대 부피 비율이 큰 전기 이중 층 형성 및 재료의 커패시턴스에 영향을 줄 수 있습니다. 슈퍼 커패시터와 같은 일부 응용 분야에서 시트의 넓은 표면적을 사용하여 전하를 저장할 수 있습니다. 시트의 방향은 또한 전기 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 시트가 특정 방향으로 배열되면 방향 전하 흐름으로 이어질 수 있으며, 이는 특정 전기 응용 분야에 유리할 수 있습니다.
계층 적 tio t 구조는 전기적 특성 측면에서 다른 형태의 장점을 결합합니다. 구형 구성 요소는 우수한 전하 저장을 제공 할 수 있으며, 이에 부착 된 나노로드 또는 시트는 전하 운송을 향상시킬 수 있습니다. 이 조합은 재료의 전기적 성능을 전반적으로 개선 할 수 있습니다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터 응용을위한 계층 적 tio ₂ 구조에 대한 연구에서, 계층 구조는 강화 된 전하 저장 및 운송 기능으로 인해 단순 구형 또는 나노로드 형태 만보다 더 높은 커패시턴스와 더 나은 전하/방전 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
원하는 특성 및 응용 분야를 얻으려면 TIO₂의 형태를 제어하는 것이 필수적입니다. 다른 형태를 갖는 TIO 연합을 준비하는 데 사용할 수있는 다양한 합성 방법이 있습니다.
졸-겔 합성은 구형 티오 나노 입자를 제조하는 데 일반적으로 사용되는 방법이다. 이 방법에서, 티타늄 알 콕 시드 전구체를 용매에 용해시킨 다음 가수 분해 및 응축시켜 겔을 형성한다. 이어서, 겔을 건조시키고, 하시화되어 최종 티오 나노 입자를 얻었다. 전구체의 농도, 반응 온도 및 반응 시간, 구형 나노 입자의 크기 및 크기 분포와 같은 반응 조건을 조정함으로써 제어 될 수있다. 예를 들어, 전구체의 농도를 증가 시키면 더 큰 구형 나노 입자를 유발할 수 있으며, 반응 온도를 감소 시키면 크기 분포가 더 좁은 나노 입자가 더 작을 수 있습니다.
열수 합성은 Tio₂ 나노로드를 성장시키는 데 널리 사용됩니다. 이 방법에서, 티타늄 공급원 및 적합한 용매를 밀봉 된 오토 클레이브에 넣고 특정 온도 및 일정 기간 동안 가열된다. 전구체의 온도, 압력 및 농도와 같은 반응 조건은 나노로드의 길이와 종횡비를 결정합니다. 예를 들어, 반응 온도를 증가 시키면 종횡비가 높은 나노로드가 더 길어질 수 있지만 반응 시간을 감소 시키면 종횡비가 낮은 나노로드가 더 짧을 수 있습니다.
템플릿 보조 합성은 시트-유사 또는 혈소판 TIO₂ 구조를 준비하는 데 유용한 방법입니다. 이 방법에서, 중합체 또는 계면 활성제와 같은 주형 물질을 사용하여 Tio₂ 구조의 형성을 안내한다. 템플릿은 tio에 대한 모양 및 크기 제약 조건을 제공하여 특정 두께 및 측면 치수를 갖는 시트를 형성 할 수 있습니다. 예를 들어, 중합체 템플릿을 사용하여, 약 5 나노 미터의 두께를 갖는 시트-유사 TIO 변화는 마이크로 미터 범위에서 측면 치수를 얻을 수있다.
상기 방법 외에도, 화학 기상 증착 (CVD) 및 전기 방사와 같은 다른 기술도 다른 형태로 TIO를 준비하는 데 사용될 수 있습니다. CVD는 기질 상에 특정 형태를 갖는 Tio₂ 필름을 퇴적하는데 사용될 수 있으며, 전기 방사는 Tio의 나노 섬유를 생성하는데 사용될 수있다. 이 방법은 Tio의 형태를 제어하고 응용 프로그램을 확장하기위한 추가 옵션을 제공합니다.
Tio의 형태와 그 특성 사이의 관계를 이해하는 데 상당한 진전이 있었지만 여전히 해결해야 할 몇 가지 도전이 있습니다.
주요 과제 중 하나는 형태의 정확한 제어입니다. 현재의 합성 방법은 다른 형태로 TIO₂을 생성 할 수 있지만, 재료의 크기, 모양 및 구조를 제어하는 데있어 높은 정도의 정밀도를 달성하기가 종종 어렵다. 예를 들어, tio₂ 나노로드의 합성에서, 대규모 생산에서 정확히 같은 길이와 종횡비를 갖는 나노로드를 얻는 것은 어려운 일이다. 이러한 정밀도의 부족은 재료의 특성의 재현성에 영향을 줄 수 있으며 미세 전자와 같은 일부 고 정화 필드에서 적용을 제한 할 수 있습니다.
또 다른 도전은 다른 환경 조건에서 형태의 안정성입니다. TIO in 재료는 종종 온도, 습도 및 화학 물질과 같은 다양한 환경 적 요인에 노출 될 수있는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 물질의 형태는 이러한 조건 하에서 변할 수 있으며, 이는 특성의 변화를 초래할 수있다. 예를 들어, 일부 광촉매 응용 분야에서, Tio₂ 나노 입자는 시간이 지남에 따라 모양을 집계하거나 변화시켜 광촉매 효율을 감소시킬 수있다. 따라서, 다른 환경 조건에서 Tio의 형태의 안정성을 유지하기위한 전략을 개발할 필요가있다.
미래의 방향과 관련하여, 큰 약속을 가진 몇 가지 영역이 있습니다. 한 영역은 Tio의 형태를보다 정확하게 제어 할 수있는 새로운 합성 방법의 개발입니다. 예를 들어, 원자 층 증착 (ALD)과 같은 고급 나노 기술 기술을 탐색하여 TIO₂의 크기와 모양을보다 정확하게 제어 할 수 있습니다. 또 다른 영역은 TIO₂의 다른 형태와 다른 물질 사이의 상호 작용에 대한 연구입니다. 예를 들어, 계층 적 tio ₂ 구조가 폴리머 또는 다른 반도체와 상호 작용하는 방법을 이해하면 특성이 향상된 새로운 복합 재료의 개발로 이어질 수 있습니다. 또한, 다양한 환경 조건 하에서 TIO의 형태의 장기 안정성에 대한 추가 연구는 다양한 분야에서 신뢰할 수있는 적용을 보장하기 위해 필요하다.
결론적으로, 이산화 티타늄의 형태는 광학, 광촉매 및 전기 특성을 포함한 다양한 특성에 큰 영향을 미칩니다. 다른 형태
