Таныстыру:
Материалтану саласында,титан диоксиді(TiO2) қолдану аясы кең, қызықты қосылыс ретінде пайда болды. Бұл қосылыс керемет химиялық және физикалық қасиеттерге ие, бұл оны бірнеше өнеркәсіп салаларында баға жетпес етеді. Оның бірегей қасиеттерін толық түсіну үшін титан диоксидінің керемет құрылымын терең зерттеу керек. Бұл блог жазбасында біз титан диоксидінің құрылымын зерттеп, оның ерекше қасиеттерінің негізгі себептерін ашамыз.
1. Кристалл құрылымы:
Титан диоксидінің кристалдық құрылымы бар, ол бірінші кезекте атомдардың бірегей орналасуымен анықталады. ДегенменTiO2үш кристалдық фазасы бар (анатаза, рутил және брукит), біз ең көп таралған екі формаға тоқталамыз: рутил және анатаза.
A. Рутилдік құрылым:
Рутилдік фаза өзінің тетрагональды кристалдық құрылымымен белгілі, онда әрбір титан атомы алты оттегі атомымен қоршалған, бұралған октаэдр құрайды. Бұл орналасу тығыз орналасқан оттегі орналасуы бар тығыз атомдық қабат құрайды. Бұл құрылым рутилге ерекше тұрақтылық пен беріктік береді, бұл оны бояу, керамика және тіпті күннен қорғайтын кремді қоса алғанда, әртүрлі қолданбаларға жарамды етеді.
B. Анатаза құрылымы:
Анатаза жағдайында титан атомдары бес оттегі атомымен байланысып, шеттерін бөлісетін октаэдрлерді құрайды. Сондықтан, бұл құрылым рутилмен салыстырғанда бірлік көлемдегі атомдары азырақ ашық құрылымға әкеледі. Төмен тығыздығына қарамастан, анатаза тамаша фотокаталитикалық қасиеттерді көрсетеді, бұл оны күн батареяларында, ауа тазарту жүйелерінде және өзін-өзі тазартатын жабындарда маңызды құрамдас етеді.
2. Энергия диапазоны:
Энергия диапазоны TiO2 тағы бір маңызды сипаттамасы болып табылады және оның бірегей қасиеттеріне ықпал етеді. Бұл саңылау материалдың электр өткізгіштігін және оның жарықты сіңіруге сезімталдығын анықтайды.
A. Рутилдік жолақтың құрылымы:
Рутил TiO2шамамен 3,0 эВ салыстырмалы тар диапазонға ие, бұл оны шектеулі электр өткізгішіне айналдырады. Дегенмен, оның жолақ құрылымы ультракүлгін (УК) сәулені сіңіре алады, бұл оны күннен қорғайтын крем сияқты ультракүлгін сәулелерден қорғау құралдарында қолдануға өте ыңғайлы етеді.
B. Анатаза жолағы құрылымы:
Анатаза, керісінше, шамамен 3,2 эВ диапазонының кең ауқымын көрсетеді. Бұл сипаттама анатаза TiO2 тамаша фотокаталитикалық белсенділікті береді. Жарық әсер еткенде валенттік зонадағы электрондар қозып, өткізгіштік зонасына секіріп түседі де, әртүрлі тотығу және тотықсыздану реакциялары жүреді. Бұл қасиеттер суды тазарту және ауаның ластануын азайту сияқты қолданбаларға есік ашады.
3. Ақаулар мен өзгертулер:
TheTio2 құрылымыкемшіліктерсіз емес. Бұл ақаулар мен модификациялар олардың физикалық және химиялық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді.
A. Оттегінің бос орындары:
TiO2 торындағы оттегінің бос орындары түріндегі ақаулар жұпталмаған электрондардың концентрациясын енгізеді, бұл каталитикалық белсенділіктің жоғарылауына және түс орталықтарының пайда болуына әкеледі.
B. Беттік модификация:
Басқа өтпелі металл иондарымен қоспалау немесе органикалық қосылыстармен функционалдау сияқты басқарылатын беттік модификациялар TiO2-нің белгілі бір қасиеттерін одан әрі жақсартуы мүмкін. Мысалы, платина сияқты металдармен қоспалау оның каталитикалық өнімділігін жақсарта алады, ал органикалық функционалдық топтар материалдың тұрақтылығы мен фотобелсенділігін арттырады.
Қорытындысында:
Tio2-нің ерекше құрылымын түсіну оның керемет қасиеттерін және кең ауқымды пайдалануды түсіну үшін өте маңызды. TiO2-нің әрбір кристалдық формасы тетрагональды рутилдік құрылымнан ашық, фотокаталитикалық белсенді анатаза фазасына дейінгі бірегей қасиеттерге ие. Материалдардағы энергия диапазонының аралықтары мен ақауларын зерттей отырып, ғалымдар тазарту әдістерінен энергия жинауға дейінгі қолданбалар үшін олардың қасиеттерін одан әрі оңтайландыра алады. Біз титан диоксидінің құпияларын ашуды жалғастыра отырып, оның өнеркәсіптік революциядағы әлеуеті перспективалы болып қала береді.
Хабарлама уақыты: 30 қазан 2023 ж