สัณฐานวิทยาของไทเทเนียมไดออกไซด์ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของมันอย่างไร

สัณฐานวิทยาของไทเทเนียมไดออกไซด์ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของมันอย่างไร

ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO₂) เป็นวัสดุที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวางและใช้งานที่มีการใช้งานที่หลากหลายในสาขาต่าง ๆ เช่นโฟโตคาตาไลซิสเซลล์แสงอาทิตย์เม็ดสีและเครื่องสำอาง หนึ่งในแง่มุมที่สำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพและคุณสมบัติอย่างมีนัยสำคัญคือสัณฐานวิทยา สัณฐานวิทยาของTio₂หมายถึงรูปร่างขนาดและโครงสร้างที่ระดับนาโนและระดับกล้องจุลทรรศน์ การทำความเข้าใจว่าสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานและการพัฒนาวัสดุใหม่และปรับปรุงตาม TIO

1. บทนำสู่ไทเทเนียมไดออกไซด์

ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นสารประกอบอนินทรีย์สีขาวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในแร่ธาตุหลายชนิดรวมถึง rutile, anatase และ Brookite มันมีดัชนีการหักเหของแสงสูงความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยมและความสามารถในการดูดซับ UV ที่แข็งแกร่ง คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรมมากมาย ตัวอย่างเช่นในอุตสาหกรรมสีและการเคลือบTio₂ใช้เป็นเม็ดสีเพื่อให้ความขาวและความทึบของผลิตภัณฑ์ ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางมันถูกใช้ในครีมกันแดดเพื่อป้องกันผิวจากรังสี UV ที่เป็นอันตราย

การผลิตTIO₂ในระดับอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสองกระบวนการ: กระบวนการซัลเฟตและกระบวนการคลอไรด์ กระบวนการซัลเฟตเป็นวิธีเก่าที่ใช้กรดซัลฟูริกในการรักษาแร่ที่มีไทเทเนียมในขณะที่กระบวนการคลอไรด์เป็นวิธีที่ทันสมัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยไม่คำนึงถึงวิธีการผลิต TIO ที่เกิดขึ้นสามารถมีสัณฐานที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาและขั้นตอนการประมวลผลที่ตามมา

2. สัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันของไทเทเนียมไดออกไซด์

มีสัณฐานวิทยาทั่วไปหลายประการของtio₂ที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง หนึ่งในสิ่งที่รู้จักกันดีที่สุดคือสัณฐานวิทยาทรงกลม อนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมสามารถสังเคราะห์ผ่านวิธีการต่าง ๆ เช่นการสังเคราะห์โซล-เจล โดยทั่วไปแล้วอนุภาคทรงกลมเหล่านี้มักจะมีการกระจายขนาดที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและสามารถอยู่ในช่วงเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่สองสามนาโนเมตรถึงหลายร้อยนาโนเมตร ตัวอย่างเช่นในการศึกษาวิจัยบางส่วนมีอนุภาคนาโนTio₂ทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยประมาณ 20 - 50 นาโนเมตรได้รับการจัดทำและโดดเด่นอย่างประสบความสำเร็จ

สัณฐานวิทยาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือสัณฐานวิทยารูปก้านหรือนาโน nanorods ของtio₂สามารถปลูกได้โดยใช้เทคนิคเช่นการสังเคราะห์ความร้อนใต้พิภพ อัตราส่วนความยาวและภาพของ nanorods สามารถควบคุมได้โดยการปรับพารามิเตอร์ปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่นโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิปฏิกิริยาเวลาตอบสนองและความเข้มข้นของสารตั้งต้น nanorods ที่มีความยาวและอัตราส่วนที่แตกต่างกันสามารถรับได้ การศึกษาบางชิ้นได้รายงานการสังเคราะห์ nanorods Tio₂ที่มีความยาวตั้งแต่หลายร้อยนาโนเมตรถึงหลายไมโครเมตรและอัตราส่วนภาพแตกต่างกันไปตั้งแต่ 5: 1 ถึง 20: 1

สัณฐานวิทยาที่มีลักษณะคล้ายแผ่นหรือเกล็ดเลือดของTio₂ก็เป็นที่สนใจเช่นกัน สิ่งเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ผ่านปฏิกิริยาทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงหรือวิธีการสังเคราะห์แบบช่วยแม่แบบ โครงสร้างของเกล็ดเลือดTio₂มักจะมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ต่ออัตราส่วนปริมาตรซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานบางอย่างเช่น photocatalysis ในบางกรณีความหนาของเกล็ดเลือดอาจบางเท่านาโนเมตรเพียงไม่กี่นาโนเมตรในขณะที่ขนาดด้านข้างสามารถอยู่ในช่วงไมโครมิเตอร์

นอกเหนือจากข้างต้นแล้วยังมีสัณฐานที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นโครงสร้างแบบลำดับชั้น โครงสร้างTio₂แบบลำดับชั้นรวมสัณฐานพื้นฐานที่แตกต่างกันเช่นโครงสร้างอาจประกอบด้วย nanorods ที่ประกอบขึ้นบนพื้นผิวของอนุภาคทรงกลม โครงสร้างแบบลำดับชั้นเหล่านี้สามารถนำเสนอคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เนื่องจากสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อน พวกเขาสามารถให้ความสามารถในการกระเจิงและการดูดซับแสงที่เพิ่มขึ้นรวมถึงคุณสมบัติการขนส่งมวลที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับสัณฐานวิทยาที่เรียบง่าย

3. ผลกระทบของสัณฐานวิทยาต่อคุณสมบัติทางแสง

คุณสมบัติทางแสงของ TIO มีความสำคัญอย่างยิ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการดูดซับแสงและการกระเจิงเช่นเซลล์แสงอาทิตย์และโฟโตแคตไลซิส สัณฐานวิทยาของTio₂มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อคุณสมบัติทางแสง

สำหรับอนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมขนาดเล็กของพวกเขานำไปสู่ผลกระทบการกักเก็บควอนตัมซึ่งอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีน้ำเงินในสเปกตรัมการดูดกลืนเมื่อเทียบกับTio₂จำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าอนุภาคนาโนดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าวัสดุจำนวนมาก ระดับของกะสีน้ำเงินขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคนาโน ตัวอย่างเช่นเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคนาโนทรงกลมลดลงจาก 50 นาโนเมตรเป็น 20 นาโนเมตรจุดสูงสุดการดูดซับอาจเปลี่ยนไปสู่ภูมิภาคสีน้ำเงินของสเปกตรัม คุณสมบัตินี้สามารถนำไปใช้ในแอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องมีความยาวคลื่นการดูดซับเฉพาะเช่นในเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อมบางชนิดซึ่งการดูดซับของอนุภาคนาโนtio₂จำเป็นต้องจับคู่กับการดูดซึมของโมเลกุลสีย้อม

ในทางกลับกัน Nanorods ของTio₂มีคุณสมบัติทางแสง anisotropic เนื่องจากรูปร่างยาว การดูดซับและการกระเจิงของแสงตามแกนยาวของ nanorods นั้นแตกต่างจากที่อยู่ตามแนวแกนสั้น anisotropy นี้สามารถถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันเช่นการตรวจจับแสงแบบโพลาไรซ์ นอกจากนี้อัตราส่วนมุมมองของ nanorods อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการดูดซับแสง อัตราส่วนที่สูงขึ้น nanorods มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับการดูดซับแสงซึ่งสามารถเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกในการใช้งานที่การดูดซับแสงเป็นปัจจัย จำกัด ตัวอย่างเช่นในการศึกษาเปรียบเทียบtio₂ nanorods กับอัตราส่วนต่าง ๆ สำหรับการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกของมลพิษอินทรีย์พบว่า nanorods ที่มีอัตราส่วนภาพ 10: 1 แสดงอัตราการย่อยสลายที่สูงกว่าอัตราส่วนที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ

โครงสร้างTio₂ที่มีลักษณะคล้ายแผ่นมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ต่ออัตราส่วนปริมาตรซึ่งส่งผลให้การดูดซับแสงเพิ่มขึ้น พื้นผิวแบนและขยายของแผ่นสามารถจับและดูดซับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่การดูดซับแสงที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญเช่นในเครื่องปฏิกรณ์โฟโตคะตาไลติกขั้นสูง นอกจากนี้การวางแนวของแผ่นงานยังสามารถส่งผลกระทบต่อการดูดซับแสงและรูปแบบการกระเจิง หากมีการจัดเรียงแผ่นในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงมันสามารถนำไปสู่การกระเจิงของแสงทิศทางซึ่งสามารถเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานทางแสงบางอย่าง

โครงสร้างTio₂แบบลำดับชั้นรวมข้อดีของสัณฐานพื้นฐานที่แตกต่างกันในแง่ของคุณสมบัติทางแสง ส่วนประกอบทรงกลมสามารถให้แสงที่กระจัดกระจายได้ในขณะที่ nanorods หรือแผ่นที่ติดอยู่กับพวกเขาสามารถเพิ่มการดูดซึมแสง การรวมกันนี้อาจส่งผลให้การปรับปรุงโดยรวมในประสิทธิภาพการใช้แสงของวัสดุ ตัวอย่างเช่นในการศึกษาโครงสร้างTio₂แบบลำดับชั้นสำหรับการใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์พบว่าโครงสร้างแบบลำดับชั้นแสดงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงกว่าสัณฐานวิทยาทรงกลมหรือนาโนโรดเพียงอย่างเดียวเนื่องจากความสามารถในการดูดซับแสงและการกระเจิง

4. อิทธิพลของสัณฐานวิทยาต่อคุณสมบัติโฟโตคะตาไลติก

Photocatalysis เป็นหนึ่งในแอปพลิเคชันที่สำคัญที่สุดของTio₂ซึ่งใช้ในการย่อยสลายมลพิษอินทรีย์น้ำฆ่าเชื้อและสร้างไฮโดรเจนผ่านการแยกน้ำ สัณฐานวิทยาของTio₂มีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติก

อนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมมีพื้นที่ผิวที่ค่อนข้างใหญ่ต่ออัตราส่วนปริมาตรซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการถ่ายโฟโตคาตาไลซิสเนื่องจากมีไซต์ที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับการดูดซับและปฏิกิริยาของมลพิษ อย่างไรก็ตามขนาดที่เล็กของพวกเขายังสามารถนำไปสู่การรวมตัวกันอย่างรวดเร็วของคู่อิเล็กตรอนหลุมซึ่งช่วยลดประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติก เพื่อเอาชนะปัญหานี้ได้มีการใช้กลยุทธ์ต่าง ๆ เช่นการยาสลบกับองค์ประกอบอื่น ๆ หรือการมีเพศสัมพันธ์กับเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ ตัวอย่างเช่นเมื่ออนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมถูกเจือด้วยไนโตรเจนการรวมตัวกันใหม่ของคู่อิเล็กตรอนหลุมจะถูกยับยั้งและกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกสำหรับการสลายตัวของมลพิษอินทรีย์ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ

Nanorods ของTio₂เสนอข้อได้เปรียบหลายประการในการถ่ายโฟโตแคตไลซิส รูปร่างยาวของพวกเขาเป็นเส้นทางโดยตรงสำหรับการโยกย้ายคู่อิเล็กตรอนหลุมลดอัตราการรวมตัวกันใหม่ พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ตามความยาวของ nanorods ยังให้ไซต์ที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับปฏิกิริยา ในการศึกษาเกี่ยวกับการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกของเมทิลีนสีน้ำเงิน, nanorods Tio₂ที่มีความยาว 500 นาโนเมตรและอัตราส่วนภาพ 10: 1 แสดงอัตราการย่อยสลายที่สูงกว่าอนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมของปริมาตรเดียวกัน นี่เป็นเพราะ nanorods สามารถแยกคู่อิเล็กตรอนหลุมได้อย่างมีประสิทธิภาพและให้ไซต์ที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับปฏิกิริยา

โครงสร้างTio₂ที่มีลักษณะคล้ายแผ่นมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ต่ออัตราส่วนปริมาตรคล้ายกับอนุภาคนาโนทรงกลม อย่างไรก็ตามพื้นผิวแบนและขยายของพวกเขาสามารถอำนวยความสะดวกในการดูดซับมลพิษได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้การวางแนวของแผ่นสามารถส่งผลกระทบต่อการขนส่งมวลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในระหว่างกระบวนการโฟโตคะตาไลติก ตัวอย่างเช่นหากแผ่นงานจัดเรียงในทิศทางแบบขนานมันสามารถปรับปรุงการขนส่งมวลของมลพิษไปยังไซต์ที่ใช้งานบนแผ่นซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของโฟโตคะตาไลติก

โครงสร้างTio₂แบบลำดับชั้นรวมข้อดีของสัณฐานที่แตกต่างกันในโฟโตแคตไลซิส ส่วนประกอบทรงกลมสามารถให้การดูดซับสารมลพิษที่ดีในขณะที่ nanorods หรือแผ่นที่ติดอยู่กับพวกเขาสามารถเพิ่มการแยกคู่อิเล็กตรอนรูและให้ไซต์ที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับปฏิกิริยา ในการศึกษาโครงสร้างtio₂แบบลำดับชั้นสำหรับการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกของฟีนอลพบว่าโครงสร้างแบบลำดับชั้นแสดงอัตราการย่อยสลายที่สูงกว่ามากกว่าสัณฐานวิทยาทรงกลมหรือ nanorod แต่ละอันเนื่องจากข้อได้เปรียบรวมกันในการดูดซับ

5. ผลของสัณฐานวิทยาต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของ TIO มีความสำคัญในการใช้งานเช่นเซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สัณฐานวิทยาของTio₂สามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า

สำหรับอนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมขนาดเล็กของพวกเขาสามารถนำไปสู่พื้นที่ผิวสูงต่ออัตราส่วนปริมาตรซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นของผู้ให้บริการประจุและการเคลื่อนย้าย ในบางกรณีอนุภาคนาโนอาจแสดงความต้านทานที่สูงขึ้นเนื่องจากการมีข้อบกพร่องของพื้นผิวและเส้นทางการนำไฟฟ้าที่ จำกัด ภายในอนุภาค อย่างไรก็ตามเมื่ออนุภาคนาโนเหล่านี้รวมอยู่ในวัสดุคอมโพสิตหรือใช้ในการกำหนดค่าอุปกรณ์เฉพาะคุณสมบัติทางไฟฟ้าของพวกเขาสามารถปรับได้ ตัวอย่างเช่นในคอมโพสิตที่ใช้พอลิเมอร์ที่มีอนุภาคนาโนtio₂ทรงกลมการเพิ่มฟิลเลอร์นำไฟฟ้าสามารถปรับปรุงการนำไฟฟ้าของคอมโพสิตโดยการจัดหาเส้นทางนำไฟฟ้ารอบอนุภาคนาโน

Nanorods ของTio₂มีโครงสร้างไฟฟ้า anisotropic เนื่องจากรูปร่างยาว ผู้ให้บริการประจุสามารถอพยพได้ง่ายขึ้นไปตามแกนยาวของ nanorods มากกว่าตามแนวแกนสั้น anisotropy นี้สามารถถูกเอาเปรียบในแอปพลิเคชันเช่นทรานซิสเตอร์ผลกระทบภาคสนาม นอกจากนี้อัตราส่วนมุมมองของ nanorods สามารถส่งผลกระทบต่อการนำไฟฟ้า อัตราส่วนที่สูงขึ้น nanorods มีความต้านทานต่ำกว่าเนื่องจากเส้นทางการนำที่ยาวขึ้นตามแนวแกนยาว ตัวอย่างเช่นในการศึกษาเปรียบเทียบค่าไฟฟ้าของtio₂ nanorods ที่มีอัตราส่วนต่าง ๆ พบว่า nanorods ที่มีอัตราส่วนภาพ 15: 1 มีความต้านทานต่ำกว่าอัตราส่วนที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ

โครงสร้างTio₂ที่มีลักษณะคล้ายแผ่นมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ต่ออัตราส่วนปริมาตรซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการก่อตัวของชั้นสองชั้นไฟฟ้าและความจุของวัสดุ ในบางแอพพลิเคชั่นเช่น supercapacitors พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของแผ่นสามารถใช้เพื่อเก็บประจุไฟฟ้า การวางแนวของแผ่นงานอาจส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า หากมีการจัดเรียงแผ่นในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงมันสามารถนำไปสู่การไหลของประจุทิศทางซึ่งสามารถเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานไฟฟ้าบางอย่าง

โครงสร้างTio₂ลำดับชั้นรวมข้อดีของสัณฐานที่แตกต่างกันในแง่ของคุณสมบัติทางไฟฟ้า ส่วนประกอบทรงกลมสามารถจัดเก็บค่าใช้จ่ายที่ดีได้ในขณะที่ nanorods หรือแผ่นงานที่แนบมากับพวกเขาสามารถเพิ่มการขนส่งประจุ การรวมกันนี้อาจส่งผลให้การปรับปรุงโดยรวมในประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของวัสดุ ตัวอย่างเช่นในการศึกษาโครงสร้างtio₂ลำดับชั้นสำหรับการใช้งาน supercapacitor พบว่าโครงสร้างแบบลำดับชั้นแสดงความจุที่สูงขึ้นและลักษณะการชาร์จ/การปล่อยที่ดีกว่าสัณฐานวิทยาทรงกลมหรือ nanorod เพียงอย่างเดียวเนื่องจากความสามารถในการจัดเก็บประจุและการขนส่ง

6. วิธีการควบคุมและการสังเคราะห์สัณฐานวิทยา

การควบคุมสัณฐานวิทยาของTio₂เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการได้รับคุณสมบัติและแอปพลิเคชันที่ต้องการ มีวิธีการสังเคราะห์ที่หลากหลายสำหรับการเตรียมtio₂ด้วยสัณฐานที่แตกต่างกัน

การสังเคราะห์โซล-เจลเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการเตรียมอนุภาคนาโนtio₂ทรงกลม ในวิธีนี้สารตั้งต้นของไทเทเนียมอัลคอกไซด์จะถูกละลายในตัวทำละลายแล้วไฮโดรไลซ์และควบแน่นเพื่อสร้างเจล เจลจะถูกทำให้แห้งและถูกเผาเพื่อให้ได้อนุภาคนาโนtio₂สุดท้าย โดยการปรับสภาพปฏิกิริยาเช่นความเข้มข้นของสารตั้งต้นอุณหภูมิปฏิกิริยาและเวลาตอบสนองการกระจายขนาดและขนาดของอนุภาคนาโนทรงกลมสามารถควบคุมได้ ตัวอย่างเช่นการเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นสามารถนำไปสู่อนุภาคนาโนทรงกลมที่มีขนาดใหญ่ขึ้นในขณะที่การลดอุณหภูมิปฏิกิริยาอาจส่งผลให้อนุภาคนาโนขนาดเล็กลงด้วยการกระจายขนาดที่แคบลง

การสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลมีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการปลูก nanorods tio₂ ในวิธีนี้แหล่งไทเทเนียมและตัวทำละลายที่เหมาะสมจะถูกวางไว้ในหม้อนึ่งความดันที่ปิดสนิทและให้ความร้อนกับอุณหภูมิและความดันที่เฉพาะเจาะจงในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เงื่อนไขการเกิดปฏิกิริยาเช่นอุณหภูมิความดันและความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะกำหนดอัตราส่วนความยาวและมุมมองของ nanorods ตัวอย่างเช่นการเพิ่มอุณหภูมิของปฏิกิริยาสามารถนำไปสู่ ​​nanorods ที่ยาวขึ้นด้วยอัตราส่วนที่สูงขึ้นในขณะที่การลดเวลาการตอบสนองอาจส่งผลให้ nanorods สั้นลงด้วยอัตราส่วนที่ต่ำกว่า

การสังเคราะห์แบบช่วยแม่แบบเป็นวิธีที่มีประโยชน์สำหรับการเตรียมโครงสร้างแบบแผ่นหรือเกล็ดเลือด ในวิธีนี้วัสดุเทมเพลตเช่นพอลิเมอร์หรือสารลดแรงตึงผิวใช้เพื่อเป็นแนวทางในการก่อตัวของโครงสร้างTio₂ เทมเพลตให้ข้อ จำกัด รูปร่างและขนาดสำหรับtio₂ช่วยให้การก่อตัวของแผ่นที่มีความหนาเฉพาะและขนาดด้านข้าง ตัวอย่างเช่นการใช้เทมเพลตพอลิเมอร์สามารถสร้างโครงสร้างแบบแผ่นที่มีความหนาประมาณ 5 นาโนเมตรและขนาดด้านข้างในช่วงไมโครมิเตอร์

นอกเหนือจากวิธีการข้างต้นแล้วยังมีเทคนิคอื่น ๆ เช่นการสะสมไอสารเคมี (CVD) และอิเล็กโตรสปินนิ่งที่สามารถใช้ในการเตรียมTio₂ด้วยสัณฐานที่แตกต่างกัน CVD สามารถใช้ในการฝากภาพยนตร์Tio₂ที่มีสัณฐานเฉพาะบนพื้นผิวในขณะที่ electrospinning สามารถใช้ในการผลิต nanofibers ของTio₂ วิธีการเหล่านี้มีตัวเลือกเพิ่มเติมสำหรับการควบคุมสัณฐานวิทยาของTIO₂และขยายแอปพลิเคชัน

7. ความท้าทายและทิศทางในอนาคต

แม้ว่าความก้าวหน้าที่สำคัญได้เกิดขึ้นในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างสัณฐานวิทยาของTio₂และคุณสมบัติของมัน แต่ก็ยังมีความท้าทายหลายประการที่ต้องได้รับการแก้ไข

หนึ่งในความท้าทายหลักคือการควบคุมสัณฐานวิทยาที่แม่นยำ ในขณะที่วิธีการสังเคราะห์ในปัจจุบันสามารถสร้าง TIO ₂ด้วยสัณฐานที่แตกต่างกัน แต่ก็มักจะยากที่จะบรรลุความแม่นยำในระดับสูงในการควบคุมขนาดรูปร่างและโครงสร้างของวัสดุ ตัวอย่างเช่นในการสังเคราะห์tio₂ nanorods มันเป็นสิ่งที่ท้าทายที่จะได้รับ nanorods ที่มีความยาวและอัตราส่วนที่เท่ากันในการผลิตขนาดใหญ่ การขาดความแม่นยำนี้อาจส่งผลกระทบต่อความสามารถในการทำซ้ำของคุณสมบัติของวัสดุและ จำกัด การใช้งานในเขตข้อมูลที่มีความแม่นยำสูงเช่นไมโครอิเล็กทรอนิกส์

ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือความมั่นคงของสัณฐานวิทยาภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน วัสดุTio₂มักใช้ในการใช้งานต่าง ๆ ที่อาจสัมผัสกับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกันเช่นอุณหภูมิความชื้นและสารเคมี สัณฐานวิทยาของวัสดุอาจเปลี่ยนแปลงภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมัน ตัวอย่างเช่นในแอพพลิเคชั่น photocatalytic บางส่วนนาโนtio₂อาจรวมหรือเปลี่ยนรูปร่างเมื่อเวลาผ่านไปลดประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนากลยุทธ์เพื่อรักษาเสถียรภาพของสัณฐานวิทยาของTio₂ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ในแง่ของทิศทางในอนาคตมีหลายพื้นที่ที่มีสัญญาที่ดี พื้นที่หนึ่งคือการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ใหม่ที่สามารถควบคุมสัณฐานวิทยาของTio₂ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่นเทคนิคนาโนเทคโนโลยีขั้นสูงเช่นการทับถมของชั้นอะตอม (ALD) อาจถูกสำรวจเพื่อให้ได้การควบคุมขนาดและรูปร่างของTio₂ที่แม่นยำยิ่งขึ้น อีกพื้นที่หนึ่งคือการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันของTio₂และวัสดุอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นการทำความเข้าใจว่าโครงสร้างแบบลำดับชั้นมีปฏิกิริยาอย่างไรกับโพลีเมอร์หรือเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ สามารถนำไปสู่การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตใหม่ที่มีคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับความมั่นคงในระยะยาวของสัณฐานวิทยาของTio₂ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการใช้งานที่เชื่อถือได้ในสาขาต่าง ๆ

บทสรุป

โดยสรุปสัณฐานวิทยาของไทเทเนียมไดออกไซด์มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อคุณสมบัติต่าง ๆ รวมถึงคุณสมบัติทางแสงโฟโตคะตาไลติกและคุณสมบัติทางไฟฟ้า สัณฐานที่แตกต่างกันเช่น