Обзор Нанопорошок TiO2
Нанопорошок tio2 - это мелкодисперсный белый порошок, состоящий из наночастиц TiO2, встречающегося в природе оксида элемента титана. Диаметр наночастиц составляет менее 100 нанометров, что позволяет им проявлять уникальные свойства.
Нанопорошок TiO2 стал важным материалом в различных отраслях промышленности благодаря своим исключительным оптическим, электронным и каталитическим свойствам, которые тесно зависят от его размера, морфологии и площади поверхности. Он демонстрирует высокую яркость и отражательную способность, хорошее поглощение ультрафиолетового света, эффективный перенос заряда и фотокаталитическую активность, высокий коэффициент преломления и многое другое.
Следующие разделы посвящены различным аспектам нанопорошка TiO2, включая его состав, различные структурные формы, ключевые характеристики, применение в различных отраслях, спецификации и доступные марки, список поставщиков, а также преимущества и недостатки.
Состав и структура нанопорошка TiO2
Нанопорошок TiO2 может существовать в различных структурных формах, которые отличаются по своим свойствам и применению:
Структуры нанопорошка TiO2
| Структура | Описание |
|---|---|
| Анатаз | Метастабильная, тетрагональная кристаллическая структура |
| Рутил | Термодинамически стабильная, тетрагональная структура |
| Брукит | Орторомбическая структура редко используется в коммерческих целях |
| TiO2 (B) | Моноклинная структура |
В коммерческих целях чаще всего используются анатазная и рутиловая формы нано-ТиО2. Производители используют такие процессы, как гидролиз, золь-гель, парофазный пиролиз, плазменный пиролиз и плазменный синтез для получения порошка нано-ТиО2 в нужной форме.
Основные характеристики наночастиц TiO2
Некоторые из важных свойств и характеристик наночастиц TiO2, которые позволяют использовать их во многих областях, включают в себя:
Характеристики наночастиц TiO2
| Характеристика | Подробности |
|---|---|
| Размер частиц | 10-100 нм |
| Управление кристаллической структурой | Полиморфы анатаза, рутила или брукита |
| Площадь поверхности | 50-400 м2/г |
| Показатель преломления | 2.6-2.9 |
| Яркость/белость | Самый высокий показатель среди белых пигментов (>90%) |
| Стойкость тонировки | Выше, чем у обычных пигментов |
| Поглощение ультрафиолета | Высокая, широкополосная абсорбция в УФ-области |
| Фотоактивность | Анатазная форма демонстрирует превосходный фотокатализ при УФ-облучении |
| Стабильность | Химически и термически стабилен, нерастворим в воде |
| Токсичность | Считается биологически инертным |
Ультратонкий размер приводит к максимизации площади поверхности и повышению функциональности на единицу объема, что позволяет в небольших количествах обеспечивать сильную непрозрачность, высокую каталитическую реактивность и т. д. Управление размером, формой, пористостью - это ключ к настройке оптических характеристик, электронной структуры или свойств поверхности.
Применение Нанопорошок TiO2
К числу основных областей применения, использующих разнообразные оптические, электронные и химические свойства наночастиц TiO2, относятся:
Пигменты и красители
- Краски и покрытия: Белый пигмент для высокой непрозрачности и долговечности
- Пластмассы: Яркость, непрозрачность и устойчивость к УФ-излучению
- Бумага: Минеральный наполнитель для белизны, гладкости, непрозрачности
- Косметика: Кремы с защитой от ультрафиолета, косметика, солнцезащитные средства
- Пищевые красители: Синтетический отбеливатель и осветляющая добавка
Катализаторы и фильтры
- Дезодорирование и очистка воздуха: Удаление летучих органических соединений
- Очистка воды: Фотокатализ органических загрязнений
- Фотовольтаика: Эффективный сбор носителей заряда
- Керамические мембраны: Микрофильтрация и защита от биообрастания
Хранение энергии
- Литий-ионные аккумуляторы: Высокая мощность и стабильность
- Сенсибилизированные красителем солнечные элементы: Фотоанод для генерации экситонов
- Электрохромные устройства: Обратимое оптическое пропускание
Биомедицинские устройства
- Биосенсоры: Иммобилизация ферментов для обнаружения биомаркеров
- Костные имплантаты: Биоактивная поверхность для остеоинтеграции
- Раневые повязки: Антимикробная активность
Отраслевое потребление наноматериалов TiO2
| Промышленность | Расчетное использование |
|---|---|
| Краски и покрытия | 50% |
| Пластмассы | 20% |
| Бумага | 15% |
| Косметика и средства личной гигиены | 5% |
| Катализаторы | 3% |
| Керамика | 2% |
| Другое | 5% |
Передовые приложения в таких развивающихся областях, как электроника, энергетика и биомедицина, стимулируют высокий коммерческий спрос, а краски, пластмассы и бумага представляют собой зрелые рынки.
Технические характеристики Нанопорошок TiO2 Продукция
Нанопорошок TiO2 продается в различных вариантах, которые могут быть подобраны в соответствии с требованиями конкретного применения:
Технические характеристики TiO2 Nanopower
| Параметр | Типовой диапазон |
|---|---|
| Чистота | >99,5% |
| Размер частиц | 10-25 нм, 10-30 нм, 10-50 нм |
| Кристаллическая структура | Анатаз, рутил, смешанная фаза |
| Морфология | Сферический, граненый, стержень, куб, лист, цветок |
| Площадь поверхности | 200-400 м2/г |
| Насыпная плотность | 0,15-0,3 г/куб. см |
| Истинная плотность | 3,9 г/куб. см |
| Показатель преломления | 2.6-2.9 |
| Поглощение масла | 95-130 см3/100 г |
| значение pH | 5-7 |
| Белизна | >92% |
| Начало поглощения | <390 нм |
Варианты размеров нанопорошка TiO2
| Класс | Размер частиц |
|---|---|
| 1 | ~10 нм |
| 2 | ~20 нм |
| 3 | ~30 нм |
| 4 | ~ 50 нм |
| 5 | ~100 нм |
Анатазный нано-TiO2 предпочтительнее для каталитических применений, в то время как рутиловый используется в основном для пигментов. Меньшие размеры частиц обеспечивают более глубокое поглощение ультрафиолета, но сокращают срок хранения. Граневая морфология обеспечивает более высокую фотокаталитическую активность по сравнению со сферической формой.
Поставщики наноматериалов TiO2
К числу основных мировых производителей и поставщиков нанопорошка TiO2 относятся:
Основные производители нанопорошка TiO2
| Компания | Расположение |
|---|---|
| Sigma Aldrich | США |
| Наноструктурные и аморфные материалы | США |
| Исследовательские наноматериалы США | США |
| SkySpring Nanomaterials | США |
| Nanoshel | США |
| Американские элементы | США |
| Hongwu International | Китай |
| NaBond Technologies | Китай |
| Интеллектуальные материалы | Китай |
| IoLiTec | Германия |
| Meliorum Technologies | Украина |
| Tronox Limited | Глобальная |
| Корпорация Tayca | Япония |
| Исихара Сангё Кайша | Япония |
Цены варьируются от $10/г для лабораторных исследований до $50/кг для больших коммерческих объемов в зависимости от чистоты продукта, распределения по размерам, функционализации поверхности и т.д.
Плюсы и минусы наночастиц TiO2
Преимущества наночастиц TiO2:
- Более высокая эффективность при меньшей дозировке по сравнению с пигментными формами
- Многофункциональные передовые приложения в развивающихся областях
- Стабильный, нетоксичный, биологически инертный
- Экономически эффективное производство из минерала рутила
Ограничения наночастиц TiO2:
- Ограниченный опыт крупномасштабного производства
- Опасения по поводу выброса наночастиц в окружающую среду
- Необходимо хранение в инертной атмосфере
- Анатаз превращается в фотокаталитически инертный рутил при температуре >700°C
В то время как безопасность, стабильность и устойчивость должны быть обеспечены, жесткий контроль наноструктуры TiO2 открывает возможности для создания умных оптических покрытий, датчиков, сбора энергии, интеграции микроустройств и т.д.
Вопросы и ответы
Q. Из чего состоит нанопорошок TiO2?
A. Нанопорошок TiO2 состоит из частиц размером менее 100 нм, содержащих диоксид титана чистотой не менее 99,5% и следы легирующих добавок в некоторых сортах.
Q. Как производится нанопорошок TiO2 в промышленных масштабах?
A. Методы производства включают гидролиз, золь-гель синтез, плазменный пиролиз, плазменный синтез, а также реакции в газовой или жидкой фазе.
Q. Какие существуют различные марки TiO2?
A. Коммерческие марки классифицируются по размеру частиц, кристаллической фазе (анатаз, рутил), морфологии (сферическая, кубическая, цветочная, листовая) и покрытию поверхности.
Q. Существует ли сайт Нанопорошок TiO2 требуют особых мер предосторожности при обращении?
A. Инертное хранение, исключающее попадание кислорода/влаги, использование СИЗ при обращении, предотвращение выбросов в окружающую среду. Токсичность не вызывает опасений.
Q. Каковы потенциальные минусы или риски, связанные с TiO2 nano?
A. Деградация при хранении с течением времени, опасения по поводу токсичности наночастиц, нестабильность качества на ранних этапах коммерциализации.
