تفاوت تیتانیوم دی‌اکسید آناتاز و روتایل + کاربرد هرکدام

تیتانیوم دی‌اکسید چیست؟

تیتانیوم دی‌اکسید ترکیب معدنی سفید رنگی‌ست که از اکسیژن و عنصر تیتانیوم درست شده است و دارای خواص پرکاربردی مثل ضریب شکست بالا، پایداری شیمیایی و رنگ سفید درخشان است.

پایداری شیمیایی تیتانیوم دی‌اکسید باعث می‌شود تا در برابر مواد شیمیایی بسیار مقاوم باشد و پایداری نوری نیز آن را در برابر نور خورشید مقاوم می‌سازد. تیتانیوم دی‌اکسید پرمصرف‌ترین رنگدانه سفید دنیا است و در صنعت غذا، دارو و سایر صنایع کاربرد زیادی دارد. از خواص نوری و فتوکالیستی فاز آناتاز تیتانیوم دی‌اکسید در فناوری‌های خیلی جدید مثل تصفیه آب و هوا استفاده می‌شود.

کاربرد تیتانیوم دی‌اکسید شامل استفاده در تولید رنگ، محصولات آرایشی و بهداشتی، پلاستیک و لاستیک و همچنین فناوری‌های نوین مثل سلول خورشیدی است.

انواع فاز‌های بلوری تیتانیوم دی‌اکسید و نقش آن‌ها در صنایع

فاز آناتاز

این فاز از تیتانیوم دی‌اکسید رنگ سفید و آبی دارد و ساختار آن از تتراگونال است. مساحت سطحی این ماده عمدتاً بالاست و ویژگی فتوکاتالیستی آن نسبت به فاز روتایل بیشتر است. فاز آناتاز در دما‌های پایین هم می‌تواند پایداری خودش را به خوبی حفظ کند. تیتانیوم دی‌اکسید آناتاز در تجزیه آلاینده‌ها و ترکیبات آلی کاربرد دارد، همچنین برای سلول‌های خورشیدی و حسگر‌های گازی استفاده می‌شود.

فاز روتایل

فاز روتایل دارای ساختار تتراگونال و به رنگ سفید پودری است که در دما‌های بالا بسیار پایدار می‌باشد. میزان ضریب شکست این فاز زیاد بوده و برای کاربرد‌های نوری و رنگ‌دانه‌ای قابل استفاده می‌باشد. تیتانیوم دی‌اکسید روتایل در ساخت شیشه و سرامیک برای افزایش مقاومت کاربرد دارد و در شرایط شیمیایی و دمایی سخت بسیار پایدار می‌باشد.

ویژگی‌ها فاز آناتاز فاز روتایل

• رنگ سفید تا آبی سفید خالص
• ساختار بلوری تتراگونال (کم‌چگال‌تر) تتراگونال (چگال‌تر)
• کاربرد سلول‌های خورشیدی، تصفیه محیط زیست رنگدانه در شیشه، پلاستیک و پوشش
• ضریب شکست
  پایین‌تر (~۲. ۵)
  بسیار بالا (~۲. ۷)
• پایداری پایدار در دمای پایین در دمای اتاق و دمای بالا دارای پایدارترین فاز
• میزان فعالیت فتوکالیستی بالا کمتر از فاز آناتازپ
• مساحت سطح ویژه زیاد کم

بررسی تفاوت‌های فنی و کاربردی بین فاز‌های آناتاز و روتیل در TiO₂

فاز آناتاز و روتیل تیتانیوم دی‌اکسید از یک ترکیب شیمیایی ساخته شده، اما تفاوت‌های زیادی از لحاظ نوری، بلوری و الکترونی دارند که روی نقش صنعتی آن‌ها اثر گذاشته است. فاز آناتاز TiO₂ در حوزه فوتوکالیستی و فناوری‌های نوین استفاده می‌شود ولی تیتانیوم دی‌اکسید روتیل بیشتر در تولید رنگ صنعتی و پوشش، چون خواص اپتیکی و پایداری بالا دارد. شناخت تفاوت‌های فنی این دو فاز کمک می‌کند تا هرکدوم در کاربرد مناسب خودش استفاده شود.

● خواص الکترونی و نوری: باند گپ یا فاصله انرژی بین باند ظرفیت و باند رسانش در یک ماده است که در فاز آناتاز باندگپ نزدیک به ۳. ۲ eV است، اما در روتیل باند گپ ۳. ۰ eV است و همین اختلاف خیلی کم آناتاز رو در خاصیت فتوکالیستی فعال‌تر می‌کند. فاز روتیل دارای ضریب شکست بیشتری نسبت به فاز آناتاز دارد، حدود ۲. ۷ که برای کاربرد‌های اپتیکی بهتر است. ضریب شکست فاز آناتاز نزدیک به ۲. ۵ است.

● ساختار و پایداری: فاز آناتاز ساختار تتراگونال با شبکه باز دارد و این فاز از تیتانیوم دی‌اکسید در دما‌های پایین بسیار پایدار است. همچنین چگالی فاز آناتاز نیز حدود ۳. ۹ g/cm³ است. اما در مقابل فاز روتیل ساختار تتراگونال متراکم‌تری دارد و چگالی آن حدود ۴. ۲۵ g/cm³ است.

● میزان فعالیت فتوکالیستی: میزان فعالیت روتیل از لحاظ فتوکالیستی ضعیف‌تر از فاز آناتاز است، اما آناتاز سطح ویژه زیادی دارد و نرخ بازترکیب کمتر الکترون، به همین دلیل فعالیت فتوکالیستی آن قوی‌تر است.

از فوتوکاتالیست تا رنگ‌دانه؛ نقش کاربردی آناتاز و روتیل

آناتاز و روتیل هردو شکل بلوری از یک ماده واحد هستند، اما تفاوت‌های بلوری آن باعث شده ویژگی‌های متفاوتی داشته باشند و هرکدام کاربرد خاص خودشان را دارند. آنتاز فعالیت فتوکالیستی بالا دارد و به همین خاطر در حوزه زیست محیطی، انرژی و فناوری‌های نوین کاربرد دارد. فاز روتیل نیز پایداری و ویژگی نوری خوبی دارد که باعث شده تا از آن به عنوان رنگدانه سفید در صنعت رنگ و پوشش استفاده شود. جدول زیر کاربرد این دو فاز را با یکدیگر مقایسه می‌کند:

• کاربرد فاز آناتاز فاز روتیل
• حسگر‌های گازی کاربرد دارد کاربرد کمتر
• فتوکالیست بسیار قوی ضعیف‌تر
• تصفیه آب و هوا بسیار مناسب استفاده کمتر
• رنگدانه سفید کاربرد محدود دارای کاربرد اصلی
• سلول خورشیدی کاربرد اصلی نقش محدود
• پوشش و سرامیک قابل استفاده در پوشش‌های نازک فتوکالیستی استفاده اصلی
• اپتیک و شیشه ضریب شکست پایین و استفاده کمتر ضریب شکست بالا و قابل استفاده

جمع‌بندی

تیتانیوم دی‌اکسید دارای دو فاز پرکاربرد بلوری است، آناتاز و روتیل که هریک نیاز‌های وسیعی را در صنایع و فناوری‌های نوین پوشش می‌دهد. آناتاز برای کاربرد‌های نوین مثل تصفیه آب و هوا، سلول خورشیدی و فناوری زیست محیطی قابل استفاده است، درحالیکه روتیل بیشتر برای تجهیزات اپتیکی، تولید رنگدانه‌های سفید و پوشش خودروسازی TiO₂. با وجود تفاوت‌های زیاد بین این دو فاز، وجود هریک در صنایع و تولید بسیار با اهمیت است و شناخت این تفاوت‌ها کمک می‌کند تا به درستی از آن‌ها استفاده شود.