Обзор научно-технической литературы, Диоксид титана TiO2 - Электронно-лучевой синтез TiO2 покрытий с использованием золь-гель мишеней

Диоксид титана TiO2

Диоксид титана, TiO2 - самое распространенное соединение титана на земле. Представляет из себя амфотерный оксид четырехвалентного титана. Является основным продуктом титановой индустрии. Оксид титана существует в виде нескольких модификаций. В природе встречаются кристаллы с тетрагональной сингонией (анатаз, рутил) и ромбической сингонией (брукит). Искусственно получены еще две модификации высокого давления - ромбическая IV и гексагональная V.

Таблица 1 - Свойства модификаций TiO2

Параметр Модификация

Рутил

Анатаз

Брукит

Параметры элементарной решетки, нм

A

0,45929

0,3785

0,51447

B

-

-

0,9184

C

0,29591

0,99486

0,5145

Число формульных единиц в ячейке

2

4

8

Пространственная группа

P4/mnm

I4/amd

Pbca

При нагревании и анатаз, и брукит необратимо превращаются в рутил (температуры перехода соответственно 400-1000оС и около 750оС). Основой структур этих модификаций являются октаэдры TiO6, то есть каждый ион Ti4+ окружен шестью ионами О2-, а каждый ион О2- окружен тремя ионами Ti4+. Октаэдры расположены таким образом, что каждый ион кислорода принадлежит трем октаэдрам. В анатазе на один октаэдр приходится четрые общих ребра, в рутиле - два. На рисунках 1,2 и 3 изображены их кристаллические решетки.

полиморфная модификация tio2, брукит

Рисунок 1 - Полиморфная модификация TiO2, брукит

полиморфная модификация tio2, рутил

Рисунок 2 - Полиморфная модификация TiO2, рутил

полиморфная модификация tio2, анатаз

Рисунок 3 - Полиморфная модификация TiO2, анатаз

Хотелось бы отметить, что брукит промышленно почти не производится и в природе встречается редко. Анатазная форма также существенно уступает по производству рутильной, так как хуже рассеивает свет и менее атмосферостойка.

При термической обработке гелей, гидратированных форм диоксида титана, происходит их кристаллизация с образованием безводного TiO2. В зависимости от температуры прокаливания возможны полиморфные превращения гидратированного TiO2 в анатаз, рутил или брукит, сопровождающиеся изменением удельной поверхности и пористой структуры. При температурах ниже 600о идет процесс кристаллизации с образованием анатаза практически при неизменных значениях объема пор и удельной поверхности. При более высоких температурах наблюдается переход анатаза в прутил, сопровождающийся резким уменьшением и объема пор, и удельной поверхности. На температуру полиморфного превращения могут также большое влияние оказывать минеральные примеси.

Наиболее распространенными методами получения TiO2 являются сульфатный и хлоридный (из TiCl4), причем переработка тетрахлодида титана проводится по трем разным схемам: гидротермальный гидролиз, парофазный гидролиз или сжигание в токе кислорода. В последнее время все большее значение приобретает золь-гель метод, который позволяет получать наноразмерные TiO2 частицы с заданными структурой и свойствами и, следовательно, представляет интерес с точки зрения развития нанотехнологий. Обычно золь-гель техникой диоксид титана получают из какого-нибудь алкоксида, скажем, метоксида титана Ti(OCH3)4. Метоксид титана растворяли в безводном спирте, обычно добавляя в спирт уксусную или какую-нибудь другую кислоту - катализатор реакции гидролиза. После этого полученный раствор вливают в обычную воду при активном перемешивании. При контакте метоксида титана с водой происходит реакция гидролиза, которую упрощенно можно записать следующим образом:

Ti(OCH3)4 + 2H2O TiO2 + 4CH3OH (1)

Основные свойства диоксида титана:

    - высокая разбеливающая способность; - хорошая совместимость с любым пленкообразователем; - хорошая укрывистость; - высокая атмосферо - и влагостойкость; - отсутствие токсичности; - химическая стойкость; - амфотерность.

Порошок диоксида титана имеет ослепительно белый цвет и поэтому используется в качестве красителя при производстве красок, бумаги и т. д. Причиной такой белизны порошка TiO2 является его очень высокий показатель преломления (n=2,7). По этой же причине мы используем его в качестве основы для изготовления золь-гель мишеней для электронно-лучевого синтеза.

Похожие статьи




Обзор научно-технической литературы, Диоксид титана TiO2 - Электронно-лучевой синтез TiO2 покрытий с использованием золь-гель мишеней

Предыдущая | Следующая