استفاده از نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم در سالهای اخیر افزایشیافته است. از این ماده بهعنوان رنگدانه سفید در صنعت رنگسازی، پلاستیک و سیمان استفاده میشود. دیاکسید تیتانیم بهطور وسیعی برای استفاده در رنگهای ساختمانی و رنگهای هنری کاربرد دارد و این استفاده به علت خاصیت پوششی قوی است که دارد. بهواسطه رنگ سفید، درجه دیرگدازی و توان بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر، بهعنوان عمدهترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگسازی، کاغذسازی، پلاستیک، لاستیک و مواد مختلف دیگر شناخته میشود. همچنین از دیاکسید تیتانیم برای براق کردن سطح فلزات، لعاب دادن و در سرامیکها استفاده میشود.
تعدادکلمات 1890 زمان مطالعه 9دقیقه
تیتانیوم
تیتانیوم نهمین عنصر فراوان (از نظر وزنی) در پوسته زمین و کره ماه است. تیتانیم که عنصری است نرم، سبک، نقرهای براق، درخشان و فلز انتقالی مقاوم در برابر فرسایش، در آلیاژهای محکم و سبک و رنگدانههای سفید کاربرد دارد. این عنصر که در هوا میسوزد تنها عنصری است که در نیتروژن خالص هم میسوزد.
دیاکسید تیتانیوم
در حال حاضر حدود 95 درصد تولید تیتانیوم دنیا بهصورت دیاکسید آن (TiO2) مصرف میشود که رنگدانهای سفید میسازد، 5 درصد باقیمانده بهصورت فلز تیتانیوم استفاده میشود. دیاکسید تیتانیوم ارزان است و بهطور گسترده در صنعت و فناوری استفاده میشود. پودرTio2 از نظر شیمیایی بیاثر است، در نور آفتاب رنگ خود را حفظ میکند و بسیار مات است؛ این خصوصیت باعث میشود تا مواد شیمیایی خاکستری یا قهوهای که بیشتر پلاستیکهای خانگی را تشکیل میدهند به رنگ سفید خالص درخشانی تبدیل کند. دیاکسید تیتانیم خالص دارای ضریب شکست بسیار بالا و تجزیه نوری بیشتر از الماس است. یاقوت کبود ستارهای و یاقوت قرمز درخشندگی خود را از دیاکسید تیتانیوم موجود در خود میگیرند. دیاکسید تیتانیوم سه فاز بلورهای آناتاس، روتیل و بروکایت دارد.
دو خاصیت مهم دیگر این ماده خواص فتوکاتالیستی و خود تمیزکنندگی آن است. از این دو خاصیت برای تصفیه آب و فاضلابها، حذف آلودگی هوا در ساختمانها، تسریع واکنشهای فتوشیمیایی مانند تولید هیدروژن، ساخت سطوح و لایههای ضد مه و شیشههای خود تمیزکننده استفاده میشود.
خاصیت فوتوکاتالیستی
خاصیت فوق آبدوستی
خاصیت دیگر این ماده خاصیت فوق آبدوستی است. این خاصیت با خاصیت فتوکاتالیستی رابطه تنگاتنگی دارد و باعث پدیده خود تمیزکنندگی در این ماده میشود. به همین دلیل لایهای نازک از این ماده را روی سطح شیشه، کاشی و بعضی ظروف مینشانند تا مانع از کثیف شدن آن شوند.چنانچه سطح دیاکسید تیتانیوم در مجاورت آب با نور فرابنفش تحریک شود پیوندهای اکسیژن این ماده شکسته شده و به پیوند هیدروکسیل تبدیل میشود؛ بنابراین هر اتم تیتانیوم روی سطح دو گروه هیدروکسیل خواهد داشت و میتواند مولکولهای آب را با پیوند هیدروژنی جذب نماید. ازاینرو س خاصیت فوق آبدوستی آن افزایش مییابد.
سطوحی که با این ماده پوشش داده شوند، در اثر چسبیدن مولکولهای آلی کمتر کثیف میشوند و راحتتر پاک میشوند.
کاربردها
فوتوکاتالیست ها و مواد فوق آبدوست در کاربردهای متعددی دارند. یکی از کاربردهای این مواد سطوح خود تمیزکننده اعم از شیشه، کاشی و سطوح دیوار است که در برخورد نور ماورا بنفش فعالشده و با تجزیه مواد آلی یا ایجاد باندهای ضعیف بین سطح و مواد آلاینده بهراحتی تمیز میشوند. همچنین از فوتوکاتالیست ها در تصفیه آب، هوا یا پسابهای شیمیایی استفاده میشوند. علاوه بر این فوتوکاتالیست ها دربشر 80 درصد از زندگی خود را در محیطی بسته مثل ساختمانها میگذراند. لذا، حذف آلایندههای موجود در هوای داخل (Indoor Air) از اهمیت ویژهای برخوردار است. در قدیم، این کار توسط جاذبها یا دستگاههای تهویه مطبوع انجام میشد که در آن روشها، آلاینده از فازی به فاز دیگر میرفت؛ اما حال، این کار توسط جاذب دیاکسید تیتانیوم (TiO2) انجام میشود که آلاینده حذفشده و به CO2 و H2O تبدیل میشود. درنهایت، با استفاده از جاذب TiO2، روشهای گوناگون حذف آلایندههای هوا را در راکتورهای متفاوت در طی فرآیند فتوکاتالیستی وجود دارد.
نانوپوششهای هوشمند خود تمیز شونده
سطح پوشیده شده از نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم وقتی در معرض تابش UV قرار گیرد، خاصیت فوق آبدوستی پیدا میکند. در این حالت آب به محض تماس با سطح به صورت یک ورقه روی سطح پخش میشود. پس از انجام واکنشهای اکسایش و یا کاهش، آلودگیهای آلی، غیرآلی، باکتریها و یا ویروسها تخریب میگردند، سپس آب موجود بر روی سطح، مواد حاصل از تخریب را بهراحتی میزداید.
نانو پوششهای هوشمند زیست فعال
تحقیقات ثابت کرده است که گندزدایی با استفاده از نانو ذرات TiO2، سه برابر کلراسیون و 5/1 برابر اوزوناسیون مؤثر واقع میشود. مطابق آمار، خسارات اقتصادی ناشی از رسوب کپک و جلبکهای دریایی بر روی کشتیها و سایر سازههای دریایی، میلیاردها دلار در سال برآورد میگردد که با کاربرد پوششهای نانوساختار ضدخزه میتوان به رفع این معضل کمک کرد.
ذرات دیاکسید تیتانیوم به عنوان فوتوکاتالیست روی بسیاری از آلایندههای محیطزیست مؤثر بوده و علاوه بر حذف، آنها را به محصولات سازگار با محیطزیست تبدیل میکند. این ترکیب ارزانقیمت بوده، بازده بالایی داشته و به دلیل وجود امکان بازیافت آن در جهت حذف آلایندهها بسیار کاربرد دارد. بنابراین از دیاکسید تیتانیوم بهعنوان یک ماده مناسب جهت حذف آلایندههای محیطی نظیر مواد آلی سمی و غیرقابل تجزیه، انواع فلزات سنگین از فاضلاب، تصفیه آبهای آشامیدنی، تخریب باکتریها و ویروسها و تصفیه هوا استفاده میشود. همچنین دیاکسید تیتانیوم علاوه بر حذف آلایندهها از آب، در حذف رنگ، طعم، مزه و ترکیبات بودار و مزاحم آب نیز کاربرد دارد.
کاربردهای تیتانیوم دیاکسید در صنعت نساجی
برای مقابله با محدودیتهای موجود در استفاده از رزینها، برخی از محققین با استفاده از نانو ذرات تیتانیوم دیاکسید و با ذرات نانو سیلیکا ابریشم و سلولز را در برابر چروک مقاوم نمودند.
دیگر کاربردهای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
1- در کرمهای ضد آفتاب برای محافظت از پوست3- در تهیه حسگر اکسیژن که در صنایع خودروسازی استفاده قرار میشود. در چند دهه اخیر قوانین سختگیرانه محیطزیست برای حذف آلایندهها که در نتیجه احتراق ناقص در اتومبیلها تولید میشود باعث استفاده وسیع از مبدلهای کاتالیستی شده است. استفاده از مبدلهای کاتالیستی در خودروها مستلزم استفاده از حسگرهای اکسیژن است.
4- در تولید آینههای دیالکتریک که برای استفاده در لیزرها ارجحیت بیشتری دارند. این آینهها تنها متشکل از یکسری لایههای نازک نارسانا که یکی بعد از دیگری قرار میگیرند است. برای نمونه ترتیب 15 لایه سلیکا (Sio2 ) و دیاکسید تیتانیم (Tio2) هر یک به ضخامت چند صد نانومتر که روی لایه اصلی شیشه جمع شدهاند، چنین آینههایی بهآسانی میتوانند بیش از 99.9% و در مواردی حتی بیش از 99.9999% توان نوری را بازتاب دهند.
از این ماده در تصفیه آب، رنگزدایی، بوزدایی، ساخت سرامیکهای ویژه، از بین بردن سلولهای سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، تولید رنگ، کاغذسازی، تولید لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوششهای محافظ در مقابل اشعه ماورای بنفش، پوشش دادن سایر مواد و خلاصه هرکجا که نیاز به پوشانندگی و درخشندگی باشد، استفاده میشود. همچنین از تیتانیوم دیاکسید در ساخت سلولهای خورشیدی، وسایل الکترو اپتیکی، ای تی او برای Icd های تصویری، LED ها، در تولید ماورای بنفش و همچنین در لامپهای کممصرف بهطور گستردهای استفاده میشود.
منابع:
1. C.N.R.Roa, A.Muller, A.K.Cheetham, The chemistry of nano materials synthesis, properties and aplicotions.vol2.
2. Jun-Bo Han, Sha Ding, Dai-Jian Chen, Zhong-Hua Hao, Qu-Quan Wang, Microstructure and percolation threshold characteristics of reactive sputtered Au–TiO2 granular composite films, Journal of Non-Crystalline Solids 352 (2006) 386–389.
3. محمد الهی، سارا محمدی بیلانکوهی، ساخت فیلمهای نانوذره TiO2 به روش سل-ژل و بررسی ویژگیهای الکتریکی و اپتیکی آنها، کنفرانس فیزیک ایران، 1385.
4. میرشکاری سلیمانی، محمد؛ عظیمی راد، روح ا…؛ اخوان، امید؛ مشفق، علیرضا، بررسی اثر مدتزمان تابش و تاریکی بر خاصیت آبدوستی لایهنازک اسپاترینگ Tio2، دومین کنفرانس ملّی خلأ انجمن خلأ ایران.
5. مقدمهای برنانو تکنولوژی، پوول،چارلز و جی. اون،فرانک؛ موسسه انتشارات یزد،1385.