تیتانیوم سیاه چیست؟ عکس تیتانیوم سیاه فولاد ضد زنگ

تیتانیوم سیاه یک رنگدانه کامپوزیتی معدنی با سیاهی زیاد و پایداری فیزیکی و شیمیایی خوب است. معمولاً با احیای دی اکسید تیتانیوم به دست می آید و دارای ساختار پودری مخلوط بلور مکعبی کلرید سدیم و کریستال تتراگونال روتیل است. تیتانیوم سیاه دارای مقاومت حرارتی بالا، مقاومت اسیدی و قلیایی، قدرت پنهان بالا و پراکندگی خوب است و یک ماده سازگار با محیط زیست و غیر سمی است.

I. تیتانیوم سیاه یک آلیاژ تیتانیوم نیست
تیتانیوم سیاه یک ماده فولادی ضد زنگ است. برای سیاه نشان دادن سطح فولاد ضد زنگ از یک فرآیند تصفیه سطح ویژه مانند آبکاری یا آبکاری آب استفاده می کند. این روش درمانی نه تنها اثر تزئینی فولاد ضد زنگ را افزایش می دهد، بلکه مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش را نیز بهبود می بخشد.

 

جنس ورق فولادی تیتانیوم مشکی معمولاً شامل انواع مختلفی از فولاد ضد زنگ مانند 201، 304، 316 و غیره با ضخامت 0.28 میلی متر تا 5 میلی متر است. از نظر خواص فیزیکی، چگالی فولاد ضد زنگ تیتانیوم سیاه حدود 7.92 گرم بر سانتی متر مکعب، مدول الاستیک 200 گیگا پاسکال، استحکام کششی 520 مگاپاسکال، ازدیاد طول 40 درصد و سختی 207HBW است. از نظر ترکیب شیمیایی دارای نسبت معینی از عناصر مانند کربن، سیلیکون، منگنز، فسفر، گوگرد، کروم، نیکل و مولیبدن است.

 

انواع فولاد ضد زنگ تیتانیوم مشکی شامل تیتانیوم مشکی برس شده، تیتانیوم مات شده سیاه و آینه تیتانیوم سیاه و غیره است. این انواع ممکن است از فرآیندهای مختلف درمان سطحی در حین پردازش استفاده کنند، مانند پولیش آینه، سندبلاست با برس یا اچینگ. در میان آنها، ورق استیل ضد زنگ آینه تیتانیوم مشکی با سنگ زنی و پرداخت بر روی صفحه فولادی معمولی و سپس آبکاری تیتانیوم برای تشکیل یک لایه تیتانیوم سیاه مقاوم در برابر خوردگی بر روی سطح آن ساخته می شود.

 

فرآیند تولید فولاد ضد زنگ تیتانیوم سیاه عمدتاً شامل آبکاری و آبکاری آب است. رنگ آبکاری خاکستری است، در حالی که رنگ آبکاری نسبتا سیاه است. اگر برای آبکاری تیتانیوم مشکی از ورق فولادی ضد زنگ 304 یا 316 استفاده شود، رنگ آن را می توان با توجه به نیاز مشتری به رنگ مشکی یا آبی تنظیم کرد. صفحه فولاد ضد زنگ تیتانیوم سیاه در فرآیند پردازش نسبتاً ساده است، رنگ پایدار است و به ندرت مشکلات جدی تفاوت رنگ وجود دارد. دارای خواص تزئینی قوی است. به عنوان یک رنگ همه کاره، مشکی را می توان در صحنه های مختلف اعمال کرد تا جلوه تزئینی با کیفیت و جوی ایجاد کند.

 

II. آیا تیتانیوم سیاه وجود دارد؟
1. سابوکسید تیتانیوم
تیتانیوم سابوکسید یک ماده معدنی با انرژی جدید سیاه بسیار فعال و خالص است و رنگ آن سیاه است.

از نظر ساختار شیمیایی بین دی اکسید تیتانیوم (TiO2) و تیتانیوم فلزی قرار دارد. دارای اشکال مختلفی از جمله فرم های پلی کریستالی و کریستالی است که رایج ترین آنها آناتاز و روتیل می باشد. ساختار ساب اکسید تیتانیوم از نوع آناتاز یک سیستم چهار ضلعی است و ساختار ساب اکسید تیتانیوم از نوع روتیل یک سیستم شش ضلعی است.

 

سابوکسید تیتانیوم یک ماده سازگار با محیط زیست و غیر سمی است که با استانداردهای ایمنی مواد غذایی مطابقت دارد و به پوست آسیب نمی رساند و نیازهای توسعه اقتصاد کم کربن را برآورده می کند. ساب اکسید تیتانیوم رسانایی الکتریکی خوبی دارد، به خصوص فاز Ti4O7 که رسانایی تک بلوری آن به 1500S/cm³ می رسد. علاوه بر این، ساب اکسید تیتانیوم همچنین دارای پایداری حرارتی بالا و قابلیت پخش خوب است و می تواند به طور مساوی در آب و رزین پراکنده شود.

 

ویژگی های سیاه ساب اکسید تیتانیوم باعث شده است که به طور گسترده در فتوکاتالیست ها، مواد الکترود باتری، مواد ماتریس سیاه LED و سایر زمینه ها استفاده شود. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، دی اکسید تیتانیوم می تواند به عنوان کاتد برای جایگزینی گرافیت در میدان باتری استفاده شود تا کاهش خازن ناشی از چرخه شارژ و دشارژ را کاهش دهد. در عین حال، در صنایع شیمیایی، الکترومتالورژی، آبکاری، صنعت حفاظت از محیط زیست و تصفیه آب نیز عملکرد خوبی از خود نشان می دهد.

1>ویژگی های دی اکسید تیتانیوم
① خواص فیزیکی: رسانایی الکتریکی خوبی در دمای اتاق دارد، به ویژه Ti4O7 که رسانایی تک بلوری آن 1500Scm{3}} است. چگالی حجمی 3.15 g/cm³-3.18g/cm³ است.
② خواص شیمیایی: پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد. در 5{4}} درجه و غلظت 42% H2SO4، نرخ خوردگی استاتیکی تنها 0.019 گرم بر متر مربع در روز است. خواص الکتروشیمیایی خوبی دارد. در دمای اتاق، جریان کار در 5-20mA/cm² کنترل می‌شود. این ماده می تواند به عنوان الکترود مثبت و منفی برای واکنش های تکامل هیدروژن و اکسیژن استفاده شود و پتانسیل بیش از حد تکامل هیدروژن و اکسیژن بسیار بالا است.
③ پایداری حرارتی: مقاومت دمایی اکسید تیتانیوم در اتمسفر اکسید کننده کمتر از 600 درجه است و اندازه ذرات پودر کمتر یا برابر با 1.0μm است.
④ حفاظت از محیط زیست و غیر سمی بودن: استانداردهای ایمنی مواد غذایی را برآورده می کند، به پوست آسیب نمی رساند و نیازهای توسعه اقتصاد کم کربن را برآورده می کند.

 

2>زمینه های کاربرد اکسید تیتانیوم
① میدان باتری: به عنوان یک جایگزین کاتدی برای گرافیت، می تواند پوسیدگی خازنی ناشی از چرخه شارژ و دشارژ را کاهش دهد. به عنوان الکترود و مواد دوقطبی برای سلول های سوختی، باتری های روی-هوا و باتری های جریان استفاده می شود.
② صنایع شیمیایی: به دلیل پایداری و رسانایی شیمیایی عالی، می توان از آن در صنعت کلر-قلیایی، تولید کلرات، تهیه اسید دی کرومیک و الکتروسنتز آلی استفاده کرد.
③ زمینه الکترومتالورژی: به عنوان یک الکترود برای رسوب الکترولیتی روی، بازیافت فلز، اکسید منگنز الکترولیتی، تولید فویل فلزی و بازیافت محلول اچینگ برد مدار چاپی.
④ میدان آبکاری: از آنجا که الکترولیت حاوی مواد بسیار خورنده مانند یون های فلوراید است، الکترود اکسید تیتانیوم دارای بیش از حد پتانسیل تکامل اکسیژن، مقاومت در برابر خوردگی قوی، مقاومت در برابر سایش و اندازه الکترود پایدار است.
⑤ صنعت حفاظت از محیط زیست و زمینه تصفیه آب: به طور گسترده در تخریب الکتروکاتالیستی آلاینده های آلی و شیرابه های دفن زباله، تصفیه الکتروکاتالیستی فاضلاب فنل، تصفیه فاضلاب چاپ و رنگرزی، تصفیه فاضلاب میدان نفتی، تصفیه فاضلاب بیمارستانی، الکترولیز آب دریا برای تولید هیدروژن، استفاده می شود. الکترولیز ضد عفونی آب و تولید ازن.
⑥ زمینه حفاظت کاتدی: برای حفاظت در برابر خوردگی مخازن ذخیره نفت، کشتی ها، اسکله ها، پل ها و بتن مسلح و حفاظت کاتدی خاک استفاده می شود.
روش های مختلفی برای تهیه دی اکسید تیتانیوم وجود دارد که از آن جمله می توان به روش سل-ژل، روش هیدروترمال، روش اکسیداسیون در دمای بالا و ... اشاره کرد.

 

2. دی اکسید تیتانیوم سیاه
دی اکسید تیتانیوم سنتی یک رنگدانه سفید است که به طور گسترده در پوشش‌ها، پلاستیک، کاغذسازی و سایر صنایع استفاده می‌شود. با این حال، دی اکسید تیتانیوم را می توان از طریق درمان های شیمیایی خاص مانند هیدروژنه کردن، احیای شیمیایی، آنودایز و بازپخت و روش های دیگر سیاه کرد.

در مقایسه با دی اکسید تیتانیوم سفید سنتی، این دی اکسید تیتانیوم سیاه قابلیت جذب نور و انتقال الکترون را به طور قابل توجهی افزایش می دهد، خواص جذب نوری را بهبود می بخشد و می تواند نور را از مناطق فرابنفش به مادون قرمز طیف خورشیدی جذب کند. این عمدتا به دلیل ساختار ویژه هسته-پوسته آن است که در آن پوسته خارجی یک لایه آمورف با کمبود اکسیژن است و هسته داخلی فاز کریستالی اصلی است.

دی اکسید تیتانیوم با این ساختار، فعالیت بالاتری را در عملکرد فوتوکاتالیستی، به ویژه در ظرفیت جذب نور مرئی و مناطق نور مادون قرمز نزدیک نشان می دهد، که برای بهبود بهره وری استفاده از انرژی خورشیدی اهمیت زیادی دارد. این امر باعث می شود که دارای ارزش کاربردی بالقوه در زمینه های فوتوکاتالیز، سلول های خورشیدی، مجموعه حرارتی خورشیدی و غیره باشد و یک جهت تحقیقاتی جدید برای پتانسیل کاربرد دی اکسید تیتانیوم در زمینه انرژی فراهم می کند.
① تولید فتوهیدروژن: TiO2 سیاه به دلیل توانایی آن در جذب نور مرئی و حتی نور مادون قرمز نزدیک، به طور گسترده برای تجزیه آب فوتوکاتالیستی برای تولید هیدروژن مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان مثال، یون‌های Ti3+ و فضای خالی اکسیژن تولید شده توسط هیدروژناسیون می‌توانند به طور قابل توجهی جذب نور مرئی، توانایی جذب حامل بار و توانایی جداسازی بار را افزایش دهند و در نتیجه کارایی تولید هیدروژن فوتوکاتالیستی را بهبود بخشند.
② تولید هیدروژن فوتوالکتروشیمیایی: آرایه نانولوله TiO2 سیاه که با روش احیای الکتروشیمیایی تهیه شده است، عملکرد فتوالکتروشیمیایی آب را بهبود می بخشد، که می تواند به طور موثری کارایی تولید هیدروژن فوتوالکتروشیمیایی را بهبود بخشد.
③ تجزیه نوری مواد آلی: TiO2 سیاه دارای راندمان تجزیه نوری بسیار بالایی برای انواع آلاینده های آلی مانند فنل، سیاه فعال 5، رودامین B، متیلن بلو و غیره است و برای حذف آلاینده های محیطی استفاده می شود.
④ حسگرهای فتوشیمیایی: TiO2 سیاه به دلیل عملکرد عالی جذب نور، که برای شناسایی آلاینده های آلی در محیط استفاده می شود، در توسعه سنسورهای فتوشیمیایی نیز استفاده می شود.
⑤ درمان فتوترمال سرطان: TiO2 سیاه هیدروژنه پوشیده شده با پلی اتیلن گلیکول برای تشخیص و درمان سرطان مورد مطالعه قرار گرفته است و اثرات درمانی فتوترمال خوبی را نشان می دهد.
⑥ سایر کاربردهای انرژی و محیطی: TiO2 سیاه همچنین برای سایر زمینه های تبدیل انرژی و اصلاح محیط زیست، مانند کاهش فتوکاتالیستی CO2، ضدعفونی ضد باکتری و غیره مورد مطالعه قرار گرفته است.

 

پیشرفت تحقیقات روی دی اکسید تیتانیوم سیاه نشان می دهد که عملکرد جذب نور و فعالیت فوتوکاتالیستی آن را می توان از طریق روش های مختلف سنتز و مهندسی نقص تنظیم کرد و در نتیجه به طیف وسیع تری از کاربردها در زمینه فوتوکاتالیز دست یافت. اگرچه پیشرفت تحقیقات خاصی انجام شده است، عملکرد TiO2 سیاه هنوز با الزامات تولید واقعی فاصله دارد و برخی مکانیسم های کلیدی فوتوکاتالیستی هنوز نامشخص هستند. تحقیقات بیشتری برای بهبود کارایی فوتوکاتالیستی و کارایی فتوکوانتومی آن مورد نیاز است.