Tutvustada:
Materjaliteaduse valdkonnas,titaandioksiid(TiO2) on kujunenud põneva ühendina, millel on lai valik rakendusi. Sellel ühendil on suurepärased keemilised ja füüsikalised omadused, muutes selle hindamatuks mitmes tööstussektoris. Selle ainulaadsete omaduste täielikuks mõistmiseks tuleb titaandioksiidi põnevat struktuuri põhjalikult uurida. Selles ajaveebi postituses uurime titaandioksiidi ülesehitust ja heidab valgust selle eriliste omaduste põhilistel põhjustel.
1. Kristallstruktuur:
Titaandioksiidil on kristallstruktuur, mis on määratud peamiselt aatomite ainulaadse paigutuse abil. EhkkiTio2Tal on kolm kristalset faasi (anataas, rutiil ja brookite), keskendume kahele kõige levinumale vormile: rutile ja anataas.
A. Rutile'i struktuur:
Rutiilfaas on tuntud oma tetragonaalse kristallstruktuuri poolest, milles iga titaani aatom on ümbritsetud kuue hapnikuaatomiga, moodustades väänatud oktaedri. See paigutus moodustab tiheda aatomikihi, millel on tihedalt pakitud hapniku paigutus. See struktuur annab rutiilse erakordse stabiilsuse ja vastupidavuse, muutes selle sobivaks mitmesugusteks rakendusteks, sealhulgas värvi, keraamika ja isegi päikesekaitsekreemide jaoks.
B. Anataasi struktuur:
Anataasi puhul ühendatakse titaaniaatomid viie hapnikuaatomiga, moodustades oktaateenid, mis jagavad servi. Seetõttu toob see paigutus avatum struktuur, kus Rutile'iga võrreldes on vähem aatomeid mahuühiku kohta. Hoolimata madala tihedusega, on anataasil suurepärased fotokatalüütilised omadused, muutes selle oluliseks komponendiks päikesepatareides, õhupuhastussüsteemides ja isepuhastuvates kattetes.
2. Energiariba lõhe:
Energiariba vahe on veel üks oluline omadus TiO2 -le ja aitab kaasa selle ainulaadsetele omadustele. See lõhe määrab materjali elektrijuhtivuse ja selle tundlikkuse valguse neeldumise suhtes.
A. Rutile Band Struktuur:
Rutiil TiO2Selle suhteliselt kitsas ribavahe on umbes 3,0 eV, mis teeb sellest piiratud elektrijuhi. Selle riba struktuur suudab siiski imada ultraviolettkiirguse (UV) valgust, muutes selle ideaalseks kasutamiseks UV -kaitsjatel, näiteks päikesekaitsekreemidel.
B. Anataasi riba struktuur:
Anataasi seevastu on laiem ribalapp umbes 3,2 eV. See omadus annab anataasi TiO2 suurepärasele fotokatalüütilisele aktiivsusele. Valgusega kokkupuutel on valentsriba elektronid erutatud ja hüppavad juhtivuse riba, põhjustades mitmesuguseid oksüdeerumis- ja redutseerimisreaktsioone. Need omadused avavad ukse sellistele rakendustele nagu vee puhastamine ja õhusaaste leevendamine.
3. defektid ja modifikatsioonid:
SelleTiO2 struktuurpole ilma puudusteta. Need puudused ja modifikatsioonid mõjutavad oluliselt nende füüsikalisi ja keemilisi omadusi.
A. Hapniku vabad kohad:
TiO2 võres hapniku vabade töökohtade defektid põhjustavad paarimata elektronide kontsentratsiooni, mis põhjustab suurenenud katalüütilist aktiivsust ja värvikeskuste moodustumist.
B. Pinna modifikatsioon:
Kontrollitud pinna modifikatsioonid, näiteks doping teiste üleminekumetalliioonidega või orgaaniliste ühenditega funktsionaliseerimine, võivad veelgi suurendada TiO2 teatavaid omadusi. Näiteks võib doping selliste metallidega nagu Platinum parandada selle katalüütilist jõudlust, samas kui orgaanilised funktsionaalrühmad võivad parandada materjali stabiilsust ja fotoaktiivsust.
Kokkuvõtteks:
TiO2 erakorralise struktuuri mõistmine on selle tähelepanuväärsete omaduste ja laia valiku mõistmiseks kriitilise tähtsusega. Igal TiO2 kristalsel kujul on ainulaadsed omadused, alates tetragonaalsest rutiili struktuurist kuni avatud, fotokatalüütiliselt aktiivse anataasi faasini. Uurides energiariba lünki ja defekte materjalides, saavad teadlased oma omadusi täiendavalt optimeerida rakenduste jaoks, alates puhastamise tehnikatest kuni energia koristamiseni. Kuna jätkame titaandioksiidi saladuste lahti mõtestamist, on selle potentsiaal tööstusrevolutsioonis paljulubav.
Postiaeg: 30.-30-2023