Jste zde

Zajímavost - Materiál téměř na všechno = TiO2

Antonín Vojáček, 21. Duben 2009 - 21:24

Vsadím se, že mnoho z vás o TiO2 (oxid titaničitý) skoro nic neví. Taky jsem nevěděl až do nedávné doby, když jsem si potřeboval nastudovat strukturu a funkci tzv. barvivových solárních článků, kde se hodně využívají nanotrubice z TiO2. A tak jsem se náhodou dozvěděl, že tento materiál má opravdu velmi zajímavé fyzikální vlastnosti (mechanické, optické, elektrické i jiné) a že mu rozhodně patří budoucnost, protože je relativně levný a dobře dostupný. Hlavně sám přeměňuje bakterie, plísně apod. na vodu a CO2, čímž se sám čistí (desinfikuje)!

Dřevo, železo, hliník, měď, plasty, guma, sklo, keramika, křemík. Tak tyto materiály doposud patřily a patří k hlavním materiálům, se kterými se v našem životě běžně setkáváme. V blízké budoucnosti se zdá, že se k nim přidá další významný materiál, který může mít 1000 a jedno uplatnění. Tím je oxid titaničitý (TiO2). S tímto materiálem se možná v budoucnu budeme setkávat stejně často, jako dnes s plasty, protože je levný na výrobu a přitom vykazuje velmi zajímavé vlastnosti, jak elektrické, tak chemické i mechanické.

Základní vlastnosti TiO2

  • Jméno: Oxid titaničitý, Titan dioxide, také známý jako kysličník titanu
  • Chemický vzorec: TiO2
  • Přírodní výskyt: hornina rutil, anatase, brookite
  • Molární hmotnost: 79.87 g/mol
  • Běžný vzhled: bílá pevná látka
  • Hustota: 4.23 g/cm3
  • Bod tání: 1870 °
  • Bod varu: 2972 °
  • Chemicky stálý, netoxický
  • Rozpustnost ve vodě: není
  • Rizika MSDS ICSC 0338 EU klasifikace: nezaznamenána
  • Bod vznícení: nehořlavý

 

Fotokatalytická mineralizace

Jednou z nejdůležitější vlastností TiO2 je tzv. fotokatalytická mineralizace, při níž dochází sledem oxidativních degradačních reakcí k postupné přeměně všech organických sloučenin, včetně biologických struktur, na konečné anorganické produkty, oxid uhličitý, vodu a příslušné minerální kyseliny. Jde o přesný opak přírodní fotosyntézy. Proces využívá pouze sluneční záření, nespotřebovává energii z fosilních zdrojů, čímž je v tomto směru naprosto ekologický.

Materiál TiO2 se vyznačuje velmi užitečnou vlastností - tzv. fotokatalyckou minerizací. Při ní TiO2 za dopadu ultrafialového záření přeměňuje organické molekuly a přetváří je na oxid uhličitý (CO2) a vodu (H2O). Díky tomu všechny předměty s nanesenou vrstvou TiO2 jsou samosterilizující a tak například u sanitárních předmětů není nutné využívat chemické prostředky pro úklid. A protože TiO2 není škodlivý pro lidský organismus a je otěruvzdorný, lze jej tak například použít jako povrch nádobí či kuchyňské linky.

Vlastnosti materiálů na bázi TiO2

  • Vysoká odolnost vůči všem mechanismům mechanického opotřebení
  • Tvrdost HV 650
  • Bezproblémové použití až do teploty 540°C
  • Specifická tepelná vodivost 7/10000K
  • Antistatický
  • Elektricky vodivý
  • Zajímavé optické vlastnosti
    • extrémně vysoký rozptyl světla
    • lepší index lomu světla než u diamantu (n= 2.4)
  • Zvyšuje rozpustnost látek


 

Oxid titaničitý je opravdu použitelný v mnoha aplikacích - to dokládá i tento informační obrázek předního
výrobce materiálů společnosti Dupond.

Použití TiO2

Pro praktické použití byl doposud nejvíce využíván v podobě amorfního prášku, nazývaného jako titanová běloba (čistý TiO2). Tento bílý pigment je mimořádně stálý, zdravotně zcela nezávadný s vysokou krycí schopností a patří proto mezi nejkvalitnější dostupné bílé pigmenty. Praktické použití nachází jak při výrobě barev, tak ve sklářském a keramickém průmyslu, používá se i při výrobě vysoce kvalitního papíru, jako plnivo při výrobě plastických hmot a někteří výrobci jej přidávají i do zubních past. Díky tomu, že prochází trávícím traktem nepozměněn, je používán i v potravinářském průmyslu k bělení mléka, nebo je velmi vhodný jako povrch pro nádobí a jiné kuchyňské předměty a doplňky. Již dnes se s ním můžeme setkat také u sanitární předmětů jako jsou luxusnější vany a sprchové kouty apod. Jejich výhoda je, že nikdy se na nich nevytvářejí plísně, organické nánosy, které jsou dnes běžně hlavním reklamním tahákem výrobců čistících prostředků. Samočistící schopnost je také ideální pro různé filtry a může například navždy vyřešit problémy s nutností častého čistění klimatizací. Mimo tato všechna praktická použití si pak i díky svým zajímavým optickým vlastnostem začíná nacházet své uplatnění ve šperkařství a zdobené keramice.

Odhaduje se, že již dnes oxid titaničitý tvoří více než 90 % celosvětové spotřeby produktů z titanu.

Příklady využití TiO2 v některých odvětvích a produktech:

  • TiO2 jako barvivo - bílá barviva 6, nebo CI 77891; široký rozsah aplikací, od barvy pro opalovací krémy, kosmetiku, nátěry a barvy, omítky až po zbarvení potravin a nápojů

  • TiO2 ve sklářství - ovlivnit zabarvení skla a má vliv i na řadu jeho fyzikálních vlastností;
    • obsah do 5 % nebarví
    • obsah cca 10 % = výrazně nažloutlé až hnědé zabarvení
    • v olovnatých sklech může již 0,5 až 1,5 % TiO2 vyvolat různé barevné změny
    • výrazně snižuje součinitel délkové teplotní roztažnosti, ovlivňuje viskozitu za vyšších teplot i v oblasti transformační, zlepšuje chemickou odolnost skla, zvyšuje index lomu více než PbO (využívá se u vysokoindexových skel s nd nad 1,7) a ovlivňuje světelnou absorpci skla v ultrafialové oblasti spektra.

  • TiO2 pro filtraci vzduchu i vody - Nano TiO2 filtr - chrání před nebezpečnými bakteriemi a nepříjemnými zápachy, protože je mění na CO2

  • TiO2 jako lapač hmyzu - již dnes někteří výrobci vyrábějí zařízení pro "likvidaci" hmyzu a jeho rozklad

  • TiO2 jako hygienický povrch - na TiO2 se nedrží voda, bakterie mění na CO2 => TiO2 lze využít jako samosterilizující materiál pro sanitární potřeby, kuchyňské potřeby i zdravotnictví (i např. operační sály)

  • TiO2 jako ochranný povrch většiny předmětů - otěruvzdorný, samočistící, hygienický, nehořlavý, nerozpustný, vysoce chemicky odolný

  • TiO2 jako vodič - nanočástice TiO2 jsou výborným vodičem nabitých částic (elektronů)
    • v solárních článcích - vodič a usměrměrňovač toku elektronů (zvyšuje účinnost)
    • v solárních článcích a displejích - řízení toku světla (fotonů), ovlivňuje odraz světla
    • v nových analogových součástkách - např. memristor

  • TiO2 jako ochranné i optické filtry pro čočky, objektivy, brýle, displeje apod.

  • TiO2 jako zubní pasta - účinně odstraňuje plak ze zubní skloviny

  • TiO2 jako šperk - například v bižuterii se zkouší napařování tenké vrstvy TiO2 pro získání perleťového efektu

  • a mnoho dalších.
 

TiO2 pro různá praktická použití

Zajímavé optické i mechanické vlatnosti se dají využít i jako různé ochranné vrstvy na čočky i brýle

Příklad fotokatalické CFL výbojky ("zdravotní výbojky") s TiO2, která potlačuje a likviduje bakterie, kouř, různé plíšně, alergeny apod.

Závěr

Oxid titaničitý (TiO2) je bezesporu velmi zajímavý materiál, který postupně získává na popularitě i díky možnosti z něj vytvářet různé nanoobjekty (trubice, kulové tvary) vhodné pro moderní elektroniku, optiku i chemii. Aktuálně jsou asi nejvíce zmiňovány jako nanotrubice TiO2 v souvislosti s tzv. barvivovými solárními články, které mají v budoucnu úplně cenou i účinností vytlačit křemíkové články. Osobně si myslím, že v budoucnu se s TiO2 budeme setkávat velmi často. Zajímavostí je i fakt, že prý až 12% složení většiny hornin na Měsíci tvoří právě TiO2.

Antonín Vojáček

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: 

Komentáře