Čo je čierny titán? Čierne titánové obrázky z nehrdzavejúcej ocele
Čierny titán je anorganický kompozitný pigment s vysokou čiernosťou a dobrou fyzikálnou a chemickou stabilitou. Zvyčajne sa získava redukciou oxidu titaničitého a má zmiešanú práškovú štruktúru kubického kryštálu chloridu sodného a rutilového tetragonálneho kryštálu. Čierny titán má vysokú tepelnú odolnosť, odolnosť voči kyselinám a zásadám, vysokú kryciu schopnosť a dobrú disperzibilitu a je to ekologický a netoxický materiál.
I. Čierny titán nie je zliatina titánu
Čierny titán je materiál z nehrdzavejúcej ocele. Používa špeciálny proces povrchovej úpravy, ako je galvanické pokovovanie alebo pokovovanie vodou, aby povrch nehrdzavejúcej ocele vyzeral čierny. Táto metóda úpravy nielen zvyšuje dekoratívny efekt nehrdzavejúcej ocele, ale tiež zlepšuje jej odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť voči ultrafialovému žiareniu.
Materiál dosky z čiernej titánovej nehrdzavejúcej ocele zvyčajne zahŕňa rôzne typy nehrdzavejúcej ocele, ako napríklad 201, 304, 316 atď., S hrúbkou od 0,28 mm do 5 mm. Pokiaľ ide o fyzikálne vlastnosti, hustota čiernej titánovej nehrdzavejúcej ocele je asi 7,92 g/cm³, modul pružnosti je 200 GPa, pevnosť v ťahu je 520 MPa, predĺženie je 40% a tvrdosť je 207 HBW. Z hľadiska chemického zloženia obsahuje určitý podiel prvkov ako uhlík, kremík, mangán, fosfor, síra, chróm, nikel a molybdén.
Typy čiernej titánovej nehrdzavejúcej ocele zahŕňajú čierny titán brúsený, čierny titán matný a čierne titánové zrkadlo atď. Tieto typy môžu používať rôzne procesy povrchovej úpravy počas spracovania, ako je zrkadlové leštenie, brúsené pieskovanie alebo leptanie. Medzi nimi je čierna titánová zrkadlová platňa z nehrdzavejúcej ocele vyrobená brúsením a leštením na obyčajnej platni z nehrdzavejúcej ocele a potom pokovovaním titánom, aby sa na jej povrchu vytvorila čierna titánová vrstva odolná voči korózii.
Výrobný proces čiernej titánovej nehrdzavejúcej ocele zahŕňa hlavne galvanické pokovovanie a pokovovanie vodou. Farba elektrolytického pokovovania je sivá, zatiaľ čo farba pokovovania vodou je relatívne čierna. Ak sa na vodné pokovovanie čierneho titánu použije nerezový plech 304 alebo 316, farbu je možné upraviť na čiernu alebo modrú podľa požiadaviek zákazníka. Čierna doska z titánovej nehrdzavejúcej ocele je v procese spracovania relatívne jednoduchá, farba je stabilná a zriedkavo sa vyskytujú vážne problémy s farebným rozdielom. Má silné dekoratívne vlastnosti. Ako všestrannú farbu možno čiernu použiť na rôzne scény a vytvoriť tak špičkový a atmosférický dekoratívny efekt.
II. Existuje čierny titán?
1. Suboxid titaničitý
Titanium Suboxide je vysoko aktívny, čisto čierny anorganický nový energeticky funkčný materiál a jeho farba je čierna.
Z hľadiska chemickej štruktúry je medzi oxidom titaničitým (TiO2) a kovovým titánom. Má rôzne formy, vrátane polykryštalických a kryštalických foriem, z ktorých najbežnejšie sú anatas a rutil. Štruktúra suboxidu titánu typu anatas je tetragonálny systém a štruktúra suboxidu titánu typu rutilu je hexagonálny systém.
Suboxid titánu je ekologický a netoxický materiál, ktorý spĺňa bezpečnostné normy pre potraviny a nespôsobuje poškodenie pokožky, čím spĺňa vývojové potreby nízkouhlíkového hospodárstva. Suboxid titánu má dobrú elektrickú vodivosť, najmä fázu Ti4O7, ktorej vodivosť jedného kryštálu je až 1500 S/cm³. Okrem toho má suboxid titánu tiež vysokú tepelnú stabilitu a dobrú dispergovateľnosť a môže byť rovnomerne dispergovaný vo vode a živici.
Vďaka čiernym vlastnostiam suboxidu titánu je široko používaný vo fotokatalyzátoroch, materiáloch batériových elektród, materiáloch LED čiernej matrice a iných oblastiach. Vďaka svojim jedinečným fyzikálnym a chemickým vlastnostiam môže byť oxid titaničitý použitý ako katóda na nahradenie grafitu v batériovom poli na zníženie kapacitného útlmu spôsobeného cyklom nabíjania a vybíjania. Zároveň vykazuje dobré výsledky aj v chemickom priemysle, elektrometalurgii, galvanickom pokovovaní, priemysle ochrany životného prostredia a úprave vody.
1>Vlastnosti oxidu titaničitého
① Fyzikálne vlastnosti: Má dobrú elektrickú vodivosť pri izbovej teplote, najmä Ti4O7, ktorého monokryštálová vodivosť je 1500Scm-1. Objemová hustota je 3,15 g/cm³-3,18 g/cm³.
② Chemické vlastnosti: Má vysokú chemickú stabilitu a odolnosť proti korózii. Pri 50 stupňoch a 42 % koncentrácii H2SO4 je rýchlosť statickej korózie iba 0,019 g/m²/deň. Má dobré elektrochemické vlastnosti. Pri izbovej teplote sa pracovný prúd reguluje na 5-20 mA/cm². Materiál možno použiť ako kladné aj záporné elektródy pre reakcie vývoja vodíka a kyslíka a nadmerný potenciál vývoja vodíka a kyslíka je veľmi vysoký.
③ Tepelná stabilita: Teplotná odolnosť oxidu titánu v oxidačnej atmosfére je menšia ako 600 stupňov a veľkosť častíc prášku je menšia alebo rovná 1,0 μm.
④ Ochrana životného prostredia a netoxicita: Spĺňa bezpečnostné normy pre potraviny, nespôsobuje poškodenie pokožky a spĺňa rozvojové potreby nízkouhlíkového hospodárstva.
2>Oblasti použitia oxidu titaničitého
① Batériové pole: Ako náhrada katódy za grafit môže znížiť pokles kapacity spôsobený cyklom nabíjania a vybíjania; používa sa ako elektródy a bipolárne materiály pre palivové články, zinkovo-vzduchové batérie a prietokové batérie.
② Chemický priemysel: Vďaka svojej vynikajúcej chemickej stabilite a vodivosti môže byť použitý v priemysle chlóru a alkalických kovov, výrobe chlorečnanov, príprave kyseliny dichrómovej a organickej elektrosyntéze.
③ Elektrometalurgické pole: Ako elektróda na elektrolytické nanášanie zinku, získavanie kovov, elektrolytický oxid mangánu, výrobu kovových fólií a recykláciu roztoku na leptanie dosiek plošných spojov.
④ Pole galvanizácie: Pretože elektrolyt obsahuje vysoko korozívne látky, ako sú fluoridové ióny, elektróda z oxidu titánu má vysoký potenciál vývoja kyslíka, silnú odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a stabilnú veľkosť elektródy.
⑤ Priemysel ochrany životného prostredia a oblasť úpravy vody: široko používané pri elektrokatalytickej degradácii organických znečisťujúcich látok a výluhu zo skládok, elektrokatalytickom čistení fenolových odpadových vôd, tlači a farbení odpadových vôd, čistení odpadových vôd z ropných polí, čistení nemocničných odpadových vôd, elektrolýze morskej vody na výrobu vodíka, odsoľovaní morskej vody , elektrolýza dezinfekcie vody a výroba ozónu.
⑥ Pole katódovej ochrany: používa sa na ochranu proti korózii nádrží na skladovanie ropy, lodí, dokov, mostov a železobetónu a katódovú ochranu pôdy.
Existujú rôzne spôsoby prípravy oxidu titaničitého, vrátane metódy sol-gel, hydrotermálnej metódy, metódy vysokoteplotnej oxidácie atď.
2. Čierny oxid titaničitý
Tradičný oxid titaničitý je biely pigment široko používaný v náteroch, plastoch, papierenskom priemysle a iných priemyselných odvetviach. Oxid titaničitý však môže byť sčernený pomocou špeciálnych chemických úprav, ako je hydrogenácia, chemická redukcia, eloxovanie-žíhanie a iné metódy.
V porovnaní s tradičným bielym oxidom titaničitým vykazuje tento čierny oxid titaničitý výrazne zvýšenú absorpciu svetla a schopnosť transportu elektrónov, má zlepšené optické absorpčné vlastnosti a môže absorbovať svetlo z ultrafialových až infračervených oblastí slnečného spektra. Je to spôsobené najmä jeho špeciálnou štruktúrou jadro-plášť, v ktorej vonkajší obal je amorfná vrstva s nedostatkom kyslíka a vnútorné jadro je pôvodná kryštalická fáza.
Oxid titaničitý s touto štruktúrou vykazuje vyššiu aktivitu vo fotokatalytickom výkone, najmä v absorpčnej kapacite viditeľného svetla a oblastí blízkeho infračerveného svetla, čo má veľký význam pre zlepšenie účinnosti využitia slnečnej energie. Vďaka tomu má potenciálnu aplikačnú hodnotu v oblasti fotokatalýzy, solárnych článkov, solárneho tepelného zberu atď. a poskytuje nový smer výskumu pre aplikačný potenciál oxidu titaničitého v oblasti energetiky.
① Produkcia fotovodíka: Čierny TiO2 bol široko študovaný na fotokatalytický rozklad vody na výrobu vodíka kvôli jeho schopnosti absorbovať viditeľné svetlo a dokonca aj blízke infračervené svetlo. Napríklad Ti3+ ióny a voľné miesta kyslíka produkované hydrogenáciou môžu výrazne zvýšiť absorpciu viditeľného svetla, schopnosť zachytávať nosič náboja a schopnosť separovať náboj, čím sa zlepšuje účinnosť fotokatalytickej výroby vodíka.
② Fotoelektrochemická výroba vodíka: Čierny rad nanorúrok TiO2 pripravený metódou elektrochemickej redukcie vykazuje zvýšený výkon fotoelektrochemického štiepenia vody, ktorý môže účinne zlepšiť účinnosť fotoelektrochemickej výroby vodíka.
③ Fotodegradácia organickej hmoty: Čierny TiO2 má extrémne vysokú účinnosť fotodegradácie pre rôzne organické znečisťujúce látky, ako je fenol, aktívna čierna 5, rodamín B, metylénová modrá atď., a používa sa na odstraňovanie látok znečisťujúcich životné prostredie.
④ Fotochemické senzory: Čierny TiO2 sa používa aj pri vývoji fotochemických senzorov vďaka vynikajúcemu výkonu absorpcie svetla, ktorý sa používa na detekciu organických znečisťujúcich látok v životnom prostredí.
⑤ Fototermálna terapia rakoviny: Polyetylénglykolom potiahnutý hydrogenovaný čierny TiO2 bol študovaný na diagnostiku a liečbu rakoviny, pričom vykazuje dobré účinky fototermálnej terapie.
⑥ Iné energetické a environmentálne aplikácie: Čierny TiO2 bol tiež študovaný pre iné oblasti premeny energie a sanácie životného prostredia, ako je fotokatalytická redukcia CO2, antibakteriálna dezinfekcia atď.
Pokrok vo výskume čierneho oxidu titaničitého ukazuje, že jeho výkon absorpcie svetla a fotokatalytickú aktivitu možno regulovať rôznymi metódami syntézy a defektným inžinierstvom, čím sa dosiahne širší rozsah aplikácií v oblasti fotokatalýzy. Hoci sa dosiahol určitý pokrok vo výskume, výkonnosť čierneho TiO2 je stále ďaleko od skutočných požiadaviek na výrobu a niektoré kľúčové fotokatalytické mechanizmy sú stále nejasné. Je potrebný ďalší výskum na zlepšenie jeho fotokatalytickej účinnosti a fotokvantovej účinnosti.