มุมมอง: 0 ผู้แต่ง: ไซต์บรรณาธิการเผยแพร่เวลา: 2025-02-27 Origin: เว็บไซต์
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TIO₂) เป็นสารประกอบอเนกประสงค์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากคุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยมและความเสถียรทางเคมี มันมีอยู่เป็นหลักในรูปแบบผลึกสองรูปแบบคือ Anatase และ Rutile การทำความเข้าใจว่าไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นแอนาเทสหรือ rutile เป็นสิ่งสำคัญหรือไม่เพราะแต่ละรูปแบบมีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ที่ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจความแตกต่างพื้นฐานระหว่างรูปแบบแอนาเทสและรูปแบบการรัทไทล์ของไทเทเนียมไดออกไซด์เจาะลึกลงไปในลักษณะโครงสร้างออปติคัลและการทำงานของพวกเขา โดยการตรวจสอบความแตกต่างเหล่านี้เราสามารถชื่นชมบทบาทของ Titanium dioxide anatase ที่มีประสิทธิภาพ ในการใช้งานเทคโนโลยีที่ทันสมัย
โครงสร้างผลึกของวัสดุมีผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีอย่างมีนัยสำคัญ Anatase และ Rutile เป็นทั้ง polymorphs ของไทเทเนียมไดออกไซด์ซึ่งหมายความว่าพวกเขาแบ่งปันองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน แต่มีการจัดเรียงอะตอมที่แตกต่างกัน
Anatase มีโครงสร้างผลึก tetragonal ที่โดดเด่นด้วยอะตอมไทเทเนียมที่มีการประสานงานแปดด้าน แต่ละอะตอมไทเทเนียมล้อมรอบด้วยอะตอมออกซิเจนหกอะตอมซึ่งก่อตัวเป็นแปดด้านที่บิดเบี้ยว โครงสร้างนี้ส่งผลให้เกิด anisotropy ในระดับสูงซึ่งมีผลต่อโครงสร้างแถบอิเล็กทรอนิกส์และคุณสมบัติทางแสง พารามิเตอร์ขัดแตะสำหรับ anatase มีค่าประมาณ A = B = 3.784 Åและ C = 9.514 Åโดยมีพลังงาน bandgap ประมาณ 3.2 eV
Rutile ยังมีโครงสร้างผลึก tetragonal แต่มีการจัดเรียงที่หนาแน่น อะตอมไทเทเนียมนั้นมีการประสานงานแปดด้านคล้ายกับ Anatase แต่ Octahedra แบ่งปันขอบตามแนวแกน C ซึ่งนำไปสู่โครงสร้างที่กะทัดรัดมากขึ้น พารามิเตอร์ตาข่ายของ Rutile อยู่ที่ประมาณ A = B = 4.593 Åและ C = 2.959 Åและมีพลังงาน bandgap ที่ต่ำกว่าเล็กน้อยประมาณ 3.0 eV
โครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันของ Anatase และ Rutile ก่อให้เกิดคุณสมบัติทางแสงที่แตกต่างซึ่งมีผลต่อความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึงดัชนีการหักเหของการดูดซับและกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก
Rutile Titanium dioxide มีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงขึ้น (N ≈ 2.7) เมื่อเทียบกับ Anatase (N ≈ 2.5) สิ่งนี้ทำให้ rutile มีประสิทธิภาพมากขึ้นในฐานะเม็ดสีขาวให้ความทึบและความสว่างที่เหนือกว่าในสีการเคลือบและพลาสติก ดัชนีการหักเหของแสงที่สูงช่วยให้การกระเจิงของแสงดีขึ้นเพิ่มพลังการซ่อนของผลิตภัณฑ์
Anatase ในขณะที่ยังใช้เป็นเม็ดสีมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในบทบาทนี้เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่า อย่างไรก็ตามคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของมันทำให้มันมีคุณค่าในด้านอื่น ๆ เช่นในการผลิตเซรามิกและแก้วบางประเภท
Anatase แสดงกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับ rutile นี่เป็นผลมาจากพลังงาน bandgap ที่สูงขึ้นและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการสร้างคู่อิเล็กตรอนรูภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต เป็นผลให้ Anatase ถูกใช้อย่างกว้างขวางในการใช้งานเช่นพื้นผิวทำความสะอาดตัวเองระบบการทำให้บริสุทธิ์อากาศและน้ำและการเคลือบต้านจุลชีพ
กิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่ต่ำกว่าของ Rutile จำกัด ประสิทธิภาพในการใช้งานเหล่านี้ อย่างไรก็ตามเมื่อรวมกับ Anatase เอฟเฟกต์เสริมฤทธิ์กันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพโฟโตคะตาไลติกโดยรวม คอมโพสิตดังกล่าวได้รับการสำรวจเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพข้อดีของ polymorphs ทั้งสอง
ความเสถียรทางความร้อนและสารเคมีของไทเทเนียมไดออกไซด์โพลีมอร์ฟส์เป็นอีกปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการประยุกต์ใช้
Anatase มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์น้อยกว่า rutile และมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็น rutile ที่อุณหภูมิสูง (โดยทั่วไปจะสูงกว่า 600 ° C) การเปลี่ยนเฟสนี้อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของ Anatase ในแอปพลิเคชันอุณหภูมิสูง ดังนั้น ANATASE จึงเป็นที่ต้องการในสภาพแวดล้อมที่มีการรักษาอุณหภูมิที่ต่ำกว่า
Rutile เป็นรูปแบบที่มีเสถียรภาพที่สุดของไทเทเนียมไดออกไซด์ในทุกอุณหภูมิ ความเสถียรทางเคมีที่แข็งแกร่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความทนทานในระยะยาวเช่นสีกลางแจ้งและการเคลือบที่ต้องทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ความต้านทานของ Rutile ต่อการย่อยสลายโฟโตคะตาไลติกยังช่วยป้องกันการสลายของวัสดุที่รวมอยู่ในการรักษาความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์
การผลิตโพลีเมอร์ไทเทเนียมไดออกไซด์เกี่ยวข้องกับเทคนิคการสังเคราะห์ที่แตกต่างกันซึ่งมีผลต่อโครงสร้างผลึกและขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
Anatase ถูกสังเคราะห์โดยทั่วไปโดยใช้วิธี Sol-gel กระบวนการไฮโดรเทอร์มอลหรือการสะสมไอสารเคมี วิธีการเหล่านี้ช่วยให้สามารถควบคุมขนาดของอนุภาคและสัณฐานวิทยาซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก อนุภาค Anatase ที่มีโครงสร้างนาโนแสดงพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นเพิ่มปฏิกิริยาและประสิทธิภาพในการใช้งานเช่นโซลาร์เซลล์และเซ็นเซอร์
โดยทั่วไปแล้ว Rutile จะผลิตผ่านกระบวนการอุณหภูมิสูงเช่นกระบวนการคลอไรด์หรือกระบวนการซัลเฟต วิธีการทางอุตสาหกรรมเหล่านี้ให้อนุภาค rutile ที่เหมาะสมสำหรับการใช้เม็ดสี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการคลอไรด์ผลิต rutile ที่มีความบริสุทธิ์สูงด้วยการกระจายขนาดอนุภาคที่สอดคล้องกันซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบรรลุคุณสมบัติทางแสงที่ดีที่สุดในการเคลือบและพลาสติก
คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโพลีเมียร์ไทเทเนียมไดออกไซด์ทำให้ผู้สมัครใช้งานในเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ
พลังงาน bandgap ที่สูงขึ้นของ Anatase และคุณสมบัติการขนส่งอิเล็กตรอนที่ดีทำให้เหมาะสำหรับใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อม (DSSCs) ความสามารถในการฉีดอิเล็กตรอนอย่างมีประสิทธิภาพเข้าไปในแถบการนำไฟฟ้าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ของเซลล์เหล่านี้ การวิจัยเกี่ยวกับ Anatase โครงสร้างนาโนได้นำไปสู่การปรับปรุงในการดูดซับแสงและประสิทธิภาพการแปลง
ในขณะที่ rutile มักใช้กันทั่วไปในแอปพลิเคชันเซลล์แสงอาทิตย์ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงของมันทำให้มันมีค่าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับส่วนประกอบเช่นตัวเก็บประจุและ varistors โครงสร้างที่มั่นคงของ Rutile ก่อให้เกิดความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เหล่านี้ภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่างกันและเงื่อนไขแรงดันไฟฟ้า
ทั้งรูปแบบแอนาเทสและรัทิลของไทเทเนียมไดออกไซด์ถือว่าไม่เป็นพิษและใช้ในผลิตภัณฑ์ตั้งแต่สารเติมแต่งอาหารไปจนถึงเครื่องสำอาง อย่างไรก็ตามผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของพวกเขาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบอนุภาคนาโนเป็นเรื่องของการวิจัยอย่างต่อเนื่อง
เนื่องจากกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกสูงของพวกเขาอนุภาคนาโนแอนาเทสสามารถสร้างสปีชีส์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ภายใต้การสัมผัส UV คุณสมบัตินี้ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับความเครียดออกซิเดชันที่อาจเกิดขึ้นในระบบชีวภาพ ดังนั้นการใช้อนุภาคนาโนแอนาเทสในสินค้าอุปโภคบริโภคจำเป็นต้องมีการประเมินและกฎระเบียบอย่างรอบคอบเพื่อความปลอดภัย
กิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่ต่ำกว่าของ Rutile ช่วยลดความเสี่ยงของการสร้าง ROS โดยทั่วไปจะปลอดภัยสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับมนุษย์หรือการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม ความเสถียรของมันยังหมายความว่ามีโอกาสน้อยที่จะได้รับความเสื่อมโทรมลดการลดลงของสิ่งแวดล้อม
ตัวเลือกระหว่างรูปแบบของ Titanium dioxide ของ anatase และ rutile มีผลกระทบเชิงพาณิชย์อย่างมีนัยสำคัญส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ต้นทุนและความยั่งยืน
โดยทั่วไปแล้ว Rutile Titanium dioxide จะสั่งราคาที่สูงขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติที่เหนือกว่าในการใช้งานเม็ดสีและความซับซ้อนของกระบวนการผลิต Anatase มักจะมีราคาไม่แพงทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับแอปพลิเคชันที่คุณสมบัติเพียงพอหรือที่ต้องการกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก
การจัดหาไทเทเนียมไดออกไซด์คุณภาพสูงต้องพิจารณาถึงความมั่นคงของห่วงโซ่อุปทานและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม บริษัท อย่าง Panzhihua Jintai Titanium Industry Co. , Ltd. มุ่งเน้นไปที่การจัดหาไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงในขณะที่ปฏิบัติตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม ความมุ่งมั่นนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมีอุปทานที่เชื่อถือได้ Titanium dioxide Anatase ที่มีประสิทธิภาพ สำหรับอุตสาหกรรมต่าง ๆ
การระบุที่แม่นยำของโพลีเมอร์ไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมคุณภาพและวัตถุประสงค์การวิจัย
XRD เป็นวิธีหลักที่ใช้ในการแยกความแตกต่างระหว่าง anatase และ rutile polymorph แต่ละตัวสร้างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่มีลักษณะเฉพาะเนื่องจากโครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์ การวิเคราะห์รูปแบบเหล่านี้ช่วยให้การกำหนดองค์ประกอบเฟสและปริมาณของแต่ละรูปแบบในตัวอย่าง
Raman spectroscopy ให้ข้อมูลเกี่ยวกับโหมดการสั่นสะเทือนของตาข่ายไทเทเนียมไดออกไซด์ Anatase และ Rutile แสดงการเปลี่ยนแปลงของรามานที่แตกต่างกันอำนวยความสะดวกในการระบุตัวตนของพวกเขา เทคนิคที่ไม่ทำลายนี้มีค่าสำหรับการวิเคราะห์ฟิล์มบางและวัสดุนาโนที่ต้องการการเตรียมตัวอย่างน้อยที่สุด
การวิจัยอย่างต่อเนื่องมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มคุณสมบัติของโพลีเมียร์ไทเทเนียมไดออกไซด์และสำรวจแอพพลิเคชั่นใหม่
การแนะนำสารเจือปนลงในตาข่ายไทเทเนียมไดออกไซด์สามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ ตัวอย่างเช่นการเติมแอนาเทสด้วยไนโตรเจนหรือโลหะสามารถขยายกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกลงในสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้เพิ่มศักยภาพในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ นอกจากนี้การสร้างคอมโพสิตของ Anatase และ Rutile สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของโฟโตคะตาไลติกได้
โครงสร้างนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวและปฏิกิริยา เทคนิคต่าง ๆ เช่นการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าและการสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลทำให้เกิด nanofibers และ nanotubes ที่มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ การปรับเปลี่ยนพื้นผิวด้วยโมเลกุลอินทรีย์หรือการเคลือบอนินทรีย์สามารถปรับปรุงการกระจายตัวในโพลีเมอร์และเพิ่มความเข้ากันได้กับวัสดุอื่น ๆ
โดยสรุปแล้วไทเทเนียมไดออกไซด์มีทั้ง ANATASE และ RUTILE แต่ละตัวมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันซึ่งกำหนดความเหมาะสมสำหรับการใช้งานต่างๆ Anatase มีค่าสำหรับกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกที่เหนือกว่าและเป็นเครื่องมือในเทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ด้านสิ่งแวดล้อมและเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูง ในทางกลับกัน Rutile นั้นเก่งในฐานะเม็ดสีเนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงและความเสถียรสูงทำให้มันขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมสีการเคลือบและอุตสาหกรรมพลาสติก การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่าง polymorphs ทั้งสองนี้ช่วยให้สามารถเลือกวัสดุที่มีข้อมูลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ การสำรวจอย่างต่อเนื่องของ Titanium Dioxide Anatase ยังคงขยายการใช้งานอย่างต่อ เนื่อง
