Co to jest czarny tytan? Zdjęcia z czarnej tytanowej stali nierdzewnej
Czarny tytan to nieorganiczny pigment kompozytowy o wysokiej czerni i dobrej stabilności fizycznej i chemicznej. Zwykle otrzymuje się go przez redukcję dwutlenku tytanu i ma mieszaną strukturę proszku sześciennego kryształu chlorku sodu i tetragonalnego kryształu rutylu. Czarny tytan ma wysoką odporność na ciepło, odporność na kwasy i zasady, wysoką siłę krycia i dobrą dyspergowalność oraz jest materiałem przyjaznym dla środowiska i nietoksycznym.
I. Czarny tytan nie jest stopem tytanu
Czarny tytan to materiał ze stali nierdzewnej. Wykorzystuje specjalny proces obróbki powierzchni, taki jak galwanizacja lub powlekanie wodą, aby powierzchnia stali nierdzewnej wyglądała na czarną. Ta metoda obróbki nie tylko wzmacnia efekt dekoracyjny stali nierdzewnej, ale także poprawia jej odporność na korozję, odporność na zużycie i odporność na promieniowanie ultrafioletowe.
Materiał czarnej tytanowej płyty ze stali nierdzewnej zwykle obejmuje różne rodzaje stali nierdzewnej, takie jak 201, 304, 316 itp., O grubości od 0,28 mm do 5 mm. Pod względem właściwości fizycznych gęstość czarnej tytanowej stali nierdzewnej wynosi około 7,92 g/cm3, moduł sprężystości wynosi 200 GPa, wytrzymałość na rozciąganie 520 MPa, wydłużenie 40%, a twardość 207HBW. Pod względem składu chemicznego zawiera pewną proporcję pierwiastków, takich jak węgiel, krzem, mangan, fosfor, siarka, chrom, nikiel i molibden.
Rodzaje stali nierdzewnej z czarnego tytanu obejmują szczotkowany czarny tytan, matowy czarny tytan i lustro z czarnego tytanu itp. W przypadku tych typów można stosować różne procesy obróbki powierzchni podczas przetwarzania, takie jak polerowanie lustrzane, piaskowanie szczotkowane lub wytrawianie. Wśród nich czarna tytanowa płyta lustrzana ze stali nierdzewnej jest wytwarzana przez szlifowanie i polerowanie zwykłej płyty ze stali nierdzewnej, a następnie powlekanie tytanem w celu utworzenia na jej powierzchni odpornej na korozję warstwy czarnego tytanu.
Proces produkcji czarnej tytanowej stali nierdzewnej obejmuje głównie galwanizację i powlekanie wodą. Kolor galwanizacji jest szary, natomiast kolor galwanizacji jest stosunkowo czarny. Jeżeli do powlekania wodą czarnego tytanu używana jest płyta ze stali nierdzewnej 304 lub 316, kolor można dostosować do koloru czarnego lub niebieskiego zgodnie z wymaganiami klienta. Czarna tytanowa płyta ze stali nierdzewnej jest stosunkowo prosta w procesie przetwarzania, kolor jest stabilny i rzadko występują poważne problemy z różnicą kolorów. Posiada silne właściwości dekoracyjne. Jako uniwersalny kolor, czerń można zastosować w różnych scenach, aby stworzyć wysokiej klasy i nastrojowy efekt dekoracyjny.
II. Czy istnieje czarny tytan?
1. Podtlenek tytanu
Podtlenek tytanu jest wysoce aktywnym, czystym, czarnym, nieorganicznym materiałem funkcjonalnym o nowej energii, a jego kolor jest czarny.
Pod względem struktury chemicznej plasuje się pomiędzy dwutlenkiem tytanu (TiO2) a tytanem metalicznym. Ma różne formy, w tym formy polikrystaliczne i krystaliczne, z których najczęstszymi są anataz i rutyl. Struktura podtlenku tytanu typu anatazowego jest układem tetragonalnym, a struktura podtlenku tytanu typu rutylowego jest układem sześciokątnym.
Podtlenek tytanu jest materiałem przyjaznym dla środowiska i nietoksycznym, spełniającym normy bezpieczeństwa spożywczego i nie powodującym uszkodzeń skóry, spełniając potrzeby rozwojowe gospodarki niskoemisyjnej. Podtlenek tytanu ma dobrą przewodność elektryczną, zwłaszcza faza Ti4O7, której przewodność monokryształowa sięga aż 1500 S/cm3. Ponadto podtlenek tytanu ma również wysoką stabilność termiczną i dobrą dyspergowalność i może być równomiernie zdyspergowany w wodzie i żywicy.
Czarna charakterystyka podtlenku tytanu sprawia, że jest on szeroko stosowany w fotokatalizatorach, materiałach elektrod akumulatorowych, materiałach z czarną matrycą LED i innych dziedzinach. Ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne dwutlenek tytanu może być stosowany jako katoda zastępująca grafit w polu akumulatora w celu zmniejszenia tłumienia pojemności spowodowanego cyklem ładowania i rozładowywania. Jednocześnie wykazuje dobre wyniki w przemyśle chemicznym, elektrometalurgii, galwanotechnice, przemyśle ochrony środowiska i uzdatnianiu wody.
1>Charakterystyka dwutlenku tytanu
① Właściwości fizyczne: ma dobrą przewodność elektryczną w temperaturze pokojowej, szczególnie Ti4O7, którego przewodność monokryształowa wynosi 1500 Scm-1. Gęstość objętościowa wynosi 3,15 g/cm3–3,18 g/cm3.
② Właściwości chemiczne: Ma wysoką stabilność chemiczną i odporność na korozję. Przy temperaturze 50 i stężeniu H2SO4 wynoszącym 42% szybkość korozji statycznej wynosi tylko 0,019 g/m²/dzień. Ma dobre właściwości elektrochemiczne. W temperaturze pokojowej prąd roboczy jest kontrolowany na poziomie 5-20mA/cm². Materiał może być stosowany zarówno jako elektroda dodatnia, jak i ujemna w reakcjach wydzielania wodoru i tlenu, a nadpotencjał wydzielania wodoru i tlenu jest bardzo wysoki.
③ Stabilność termiczna: Odporność temperaturowa tlenku tytanu w atmosferze utleniającej jest mniejsza niż 600 stopni, a wielkość cząstek proszku jest mniejsza lub równa 1,0 μm.
④ Ochrona środowiska i nietoksyczność: Spełnia standardy bezpieczeństwa żywności, nie powoduje uszkodzeń skóry i spełnia potrzeby rozwojowe gospodarki niskoemisyjnej.
2>Obszary zastosowań tlenku tytanu
① Pole baterii: Jako katoda substytut grafitu, może zmniejszyć spadek pojemności spowodowany cyklem ładowania i rozładowania; stosuje się go jako elektrody i materiały bipolarne do ogniw paliwowych, akumulatorów cynkowo-powietrznych i akumulatorów przepływowych.
② Przemysł chemiczny: Ze względu na doskonałą stabilność chemiczną i przewodność, może być stosowany w przemyśle chloro-alkalicznym, produkcji chloranów, wytwarzaniu kwasu dichromowego i elektrosyntezie organicznej.
③ Dziedzina elektrometalurgii: jako elektroda do elektrolitycznego osadzania cynku, odzyskiwania metalu, elektrolitycznego tlenku manganu, produkcji folii metalowych i recyklingu roztworu do trawienia płytek drukowanych.
④ Pole galwaniczne: Ponieważ elektrolit zawiera substancje silnie korozyjne, takie jak jony fluorkowe, elektroda z tlenku tytanu ma wysoki nadpotencjał wydzielania tlenu, dużą odporność na korozję, odporność na zużycie i stabilny rozmiar elektrody.
⑤ Przemysł ochrony środowiska i uzdatnianie wody: szeroko stosowane w elektrokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń organicznych i odcieków ze składowisk, elektrokatalitycznym oczyszczaniu ścieków fenolowych, drukowaniu i barwieniu ścieków, oczyszczaniu ścieków z pól naftowych, oczyszczaniu ścieków szpitalnych, elektrolizie wody morskiej do produkcji wodoru, odsalaniu wody morskiej , elektroliza dezynfekcji wody i produkcja ozonu.
⑥ Pole ochrony katodowej: stosowane do ochrony antykorozyjnej zbiorników magazynujących ropę naftową, statków, doków, mostów i żelbetu oraz do ochrony katodowej gleby.
Istnieją różne metody wytwarzania dwutlenku tytanu, w tym metoda zol-żel, metoda hydrotermalna, metoda utleniania w wysokiej temperaturze itp.
2. Czarny dwutlenek tytanu
Tradycyjny dwutlenek tytanu to biały pigment szeroko stosowany w powłokach, tworzywach sztucznych, papiernictwie i innych gałęziach przemysłu. Jednakże dwutlenek tytanu można uzyskać na czarno poprzez specjalne obróbki chemiczne, takie jak uwodornienie, redukcja chemiczna, anodowanie i wyżarzanie i inne metody.
W porównaniu z tradycyjnym białym dwutlenkiem tytanu, ten czarny dwutlenek tytanu wykazuje znacznie zwiększone możliwości absorpcji światła i transportu elektronów, ma ulepszone właściwości absorpcji optycznej i może absorbować światło od ultrafioletu do podczerwonych obszarów widma słonecznego. Wynika to głównie z jego specjalnej struktury rdzeń-powłoka, w której otoczka zewnętrzna jest warstwą amorficzną z niedoborem tlenu, a rdzeń wewnętrzny jest pierwotną fazą krystaliczną.
Dwutlenek tytanu o tej strukturze wykazuje większą aktywność fotokatalityczną, zwłaszcza w zakresie zdolności absorpcyjnej światła widzialnego i bliskiej podczerwieni, co ma ogromne znaczenie dla poprawy efektywności wykorzystania energii słonecznej. To sprawia, że ma on potencjalną wartość aplikacyjną w dziedzinie fotokatalizy, ogniw słonecznych, gromadzenia energii słonecznej itp. oraz wyznacza nowy kierunek badań w zakresie potencjału aplikacyjnego dwutlenku tytanu w energetyce.
① Produkcja fotowodoru: Czarny TiO2 był szeroko badany pod kątem fotokatalitycznego rozkładu wody w celu wytworzenia wodoru ze względu na jego zdolność do pochłaniania światła widzialnego, a nawet światła bliskiej podczerwieni. Na przykład jony Ti3+ i wakaty tlenowe powstałe w wyniku uwodornienia mogą znacznie zwiększyć absorpcję światła widzialnego, zdolność wychwytywania nośnika ładunku i zdolność oddzielania ładunku, poprawiając w ten sposób wydajność fotokatalitycznej produkcji wodoru.
② Fotoelektrochemiczna produkcja wodoru: Matryca czarnych nanorurek TiO2 przygotowana metodą redukcji elektrochemicznej wykazuje zwiększoną wydajność fotoelektrochemicznego rozszczepiania wody, co może skutecznie poprawić wydajność fotoelektrochemicznej produkcji wodoru.
③ Fotodegradacja materii organicznej: Czarny TiO2 ma wyjątkowo wysoką skuteczność fotodegradacji dla różnych substancji zanieczyszczających organiczne, takie jak fenol, aktywna czerń 5, rodamina B, błękit metylenowy itp. i jest używany do usuwania substancji zanieczyszczających środowisko.
④ Czujniki fotochemiczne: Czarny TiO2 jest również stosowany w opracowywaniu czujników fotochemicznych ze względu na doskonałą zdolność absorpcji światła, która służy do wykrywania zanieczyszczeń organicznych w środowisku.
⑤ Terapia fototermiczna raka: Uwodorniony czarny TiO2 pokryty glikolem polietylenowym był badany pod kątem diagnostyki i leczenia raka, wykazując dobre efekty terapii fototermicznej.
⑥ Inne zastosowania w energetyce i środowisku: Czarny TiO2 badano także pod kątem innych dziedzin konwersji energii i rekultywacji środowiska, takich jak fotokatalityczna redukcja CO2, dezynfekcja antybakteryjna itp.
Postęp badań nad czarnym dwutlenkiem tytanu pokazuje, że jego zdolność pochłaniania światła i aktywność fotokatalityczną można regulować za pomocą różnych metod syntezy i inżynierii defektów, uzyskując w ten sposób szerszy zakres zastosowań w dziedzinie fotokatalizy. Chociaż poczyniono pewne postępy w badaniach, wydajność czarnego TiO2 jest nadal daleka od rzeczywistych wymagań produkcyjnych, a niektóre kluczowe mechanizmy fotokatalityczne są nadal niejasne. Konieczne są dalsze badania, aby poprawić jego skuteczność fotokatalityczną i fotokwantową.
