Was ist schwarzes Titan? Bilder aus schwarzem Titan und Edelstahl
Schwarzes Titan ist ein anorganisches Verbundpigment mit hoher Schwärze und guter physikalischer und chemischer Stabilität. Es wird normalerweise durch Reduzieren von Titandioxid gewonnen und hat eine gemischte Pulverstruktur aus kubischen Natriumchloridkristallen und tetragonalen Rutilkristallen. Schwarzes Titan weist eine hohe Hitzebeständigkeit, Säure- und Alkalibeständigkeit, ein hohes Deckvermögen und eine gute Dispergierbarkeit auf und ist ein umweltfreundliches und ungiftiges Material.
I. Schwarzes Titan ist keine Titanlegierung
Schwarzes Titan ist ein Edelstahlmaterial. Es nutzt ein spezielles Oberflächenbehandlungsverfahren wie Galvanisieren oder Wasserplattieren, um der Edelstahloberfläche ein schwarzes Aussehen zu verleihen. Diese Behandlungsmethode verstärkt nicht nur die dekorative Wirkung von Edelstahl, sondern verbessert auch seine Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung.
Das Material der schwarzen Titan-Edelstahlplatte umfasst normalerweise verschiedene Arten von Edelstahl wie 201, 304, 316 usw. mit einer Dicke von 0,28 mm bis 5 mm. In Bezug auf die physikalischen Eigenschaften beträgt die Dichte von schwarzem Titan-Edelstahl etwa 7,92 g/cm³, der Elastizitätsmodul beträgt 200 GPa, die Zugfestigkeit beträgt 520 MPa, die Dehnung beträgt 40 % und die Härte beträgt 207HBW. Von der chemischen Zusammensetzung her enthält es einen gewissen Anteil an Elementen wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Chrom, Nickel und Molybdän.
Zu den Arten von schwarzem Titan-Edelstahl gehören schwarzes Titan gebürstet, schwarzes Titan mattiert und schwarzes Titan verspiegelt usw. Bei diesen Arten können während der Verarbeitung unterschiedliche Oberflächenbehandlungsverfahren angewendet werden, wie z. B. Spiegelpolieren, gebürstetes Sandstrahlen oder Ätzen. Unter anderem wird die schwarze Titanspiegel-Edelstahlplatte durch Schleifen und Polieren auf der gewöhnlichen Edelstahlplatte und anschließende Titanbeschichtung hergestellt, um auf ihrer Oberfläche eine korrosionsbeständige schwarze Titanschicht zu bilden.
Der Produktionsprozess von schwarzem Titan-Edelstahl umfasst hauptsächlich Galvanisieren und Wasserplattieren. Die Farbe der Galvanisierung ist grau, während die Farbe der Wasserplattierung relativ schwarz ist. Wenn für die Wasserbeschichtung von schwarzem Titan eine Edelstahlplatte 304 oder 316 verwendet wird, kann die Farbe je nach Kundenwunsch auf Schwarz oder Blau eingestellt werden. Die schwarze Titan-Edelstahlplatte ist relativ einfach im Verarbeitungsprozess, die Farbe ist stabil und es treten selten ernsthafte Farbunterschiede auf. Es hat starke dekorative Eigenschaften. Als vielseitige Farbe kann Schwarz in einer Vielzahl von Szenen eingesetzt werden, um einen hochwertigen und stimmungsvollen Dekorationseffekt zu erzielen.
II. Gibt es schwarzes Titan?
1. Titansuboxid
Titansuboxid ist ein hochaktives, rein schwarzes anorganisches neues Energie-Funktionsmaterial mit schwarzer Farbe.
Vom chemischen Aufbau her liegt es zwischen Titandioxid (TiO2) und metallischem Titan. Es gibt eine Vielzahl von Formen, einschließlich polykristalliner und kristalliner Formen, wobei Anatas und Rutil am häufigsten vorkommen. Die Struktur von Titansuboxid vom Anatas-Typ ist ein tetragonales System, und die Struktur von Titansuboxid vom Rutil-Typ ist ein hexagonales System.
Titansuboxid ist ein umweltfreundliches und ungiftiges Material, das den Sicherheitsstandards für Lebensmittel entspricht, keine Schäden an der Haut verursacht und so den Entwicklungsanforderungen einer kohlenstoffarmen Wirtschaft gerecht wird. Titansuboxid weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, insbesondere die Ti4O7-Phase, deren Einkristallleitfähigkeit bis zu 1500 S/cm³ beträgt. Darüber hinaus weist Titansuboxid eine hohe thermische Stabilität und gute Dispergierbarkeit auf und kann gleichmäßig in Wasser und Harz dispergiert werden.
Aufgrund seiner schwarzen Eigenschaften wird Titansuboxid häufig in Photokatalysatoren, Batterieelektrodenmaterialien, LED-Schwarzmatrixmaterialien und anderen Bereichen eingesetzt. Aufgrund seiner einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften kann Titandioxid als Kathode verwendet werden, um Graphit im Batteriebereich zu ersetzen und die durch den Lade- und Entladezyklus verursachte Kapazitätsdämpfung zu reduzieren. Gleichzeitig zeigt es auch gute Leistungen in der chemischen Industrie, der Elektrometallurgie, der Galvanotechnik, der Umweltschutzindustrie und der Wasseraufbereitung.
1>Eigenschaften von Titandioxid
① Physikalische Eigenschaften: Es hat eine gute elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur, insbesondere Ti4O7, dessen Einkristallleitfähigkeit 1500 Scm-1 beträgt. Die Volumendichte beträgt 3,15 g/cm³–3,18 g/cm³.
② Chemische Eigenschaften: Es weist eine hohe chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Bei 50 Grad und 42 % H2SO4 beträgt die statische Korrosionsrate nur 0,019 g/m²/Tag. Es verfügt über gute elektrochemische Eigenschaften. Bei Raumtemperatur wird der Arbeitsstrom auf 5-20mA/cm² geregelt. Das Material kann sowohl als positive als auch negative Elektrode für Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen verwendet werden, und das Überpotential der Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklung ist sehr hoch.
③ Thermische Stabilität: Die Temperaturbeständigkeit von Titanoxid in oxidierender Atmosphäre beträgt weniger als 600 Grad und die Pulverpartikelgröße beträgt weniger als oder gleich 1,0 μm.
④ Umweltschutz und Ungiftigkeit: Es entspricht den Sicherheitsstandards für Lebensmittel, verursacht keine Schäden an der Haut und erfüllt die Entwicklungsanforderungen einer kohlenstoffarmen Wirtschaft.
2>Anwendungsgebiete von Titanoxid
① Batteriefeld: Als Kathodenersatz für Graphit kann es den durch den Lade- und Entladezyklus verursachten Kapazitätsabfall reduzieren; Es wird als Elektroden und bipolares Material für Brennstoffzellen, Zink-Luft-Batterien und Durchflussbatterien verwendet.
② Chemische Industrie: Aufgrund seiner hervorragenden chemischen Stabilität und Leitfähigkeit kann es in der Chlor-Alkali-Industrie, der Chloratherstellung, der Herstellung von Dichromsäure und der organischen Elektrosynthese eingesetzt werden.
③ Elektrometallurgiebereich: Als Elektrode für die elektrolytische Zinkabscheidung, Metallrückgewinnung, elektrolytisches Manganoxid, Metallfolienherstellung und Recycling von Ätzlösungen für Leiterplatten.
④ Galvanisierungsfeld: Da der Elektrolyt stark korrosive Substanzen wie Fluoridionen enthält, weist die Titanoxidelektrode ein hohes Sauerstoffentwicklungsüberpotential, eine starke Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und eine stabile Elektrodengröße auf.
⑤ Umweltschutzindustrie und Wasseraufbereitungsbereich: weit verbreitet im elektrokatalytischen Abbau organischer Schadstoffe und Deponiesickerwasser, elektrokatalytische Behandlung von Phenolabwasser, Druck- und Färbeabwasserbehandlung, Ölfeldabwasserbehandlung, Krankenhausabwasserbehandlung, Elektrolyse von Meerwasser zur Wasserstoffproduktion, Meerwasserentsalzung , Elektrolyse der Wasserdesinfektion und Ozonproduktion.
⑥ Kathodischer Schutzbereich: Wird zum Korrosionsschutz von Öllagertanks, Schiffen, Docks, Brücken und Stahlbeton sowie zum kathodischen Schutz von Böden verwendet.
Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Titandioxid, darunter das Sol-Gel-Verfahren, das hydrothermale Verfahren, das Hochtemperaturoxidationsverfahren usw.
2. Schwarzes Titandioxid
Traditionelles Titandioxid ist ein weißes Pigment, das häufig in der Beschichtungs-, Kunststoff-, Papierherstellungs- und anderen Industriezweigen verwendet wird. Titandioxid kann jedoch durch spezielle chemische Behandlungen wie Hydrierung, chemische Reduktion, Anodisierungsglühen und andere Methoden schwarz gemacht werden.
Im Vergleich zu herkömmlichem weißem Titandioxid weist dieses schwarze Titandioxid deutlich verbesserte Lichtabsorptions- und Elektronentransportfähigkeiten auf, verfügt über verbesserte optische Absorptionseigenschaften und kann Licht aus dem ultravioletten bis infraroten Bereich des Sonnenspektrums absorbieren. Dies liegt vor allem an der besonderen Kern-Schale-Struktur, bei der die äußere Schale eine sauerstoffarme amorphe Schicht und der innere Kern die ursprüngliche kristalline Phase darstellt.
Titandioxid mit dieser Struktur zeigt eine höhere Aktivität in der photokatalytischen Leistung, insbesondere in der Absorptionsfähigkeit von sichtbarem Licht und Lichtbereichen im nahen Infrarot, was für die Verbesserung der Nutzungseffizienz der Sonnenenergie von großer Bedeutung ist. Dadurch hat es potenziellen Anwendungswert in den Bereichen Photokatalyse, Solarzellen, solarthermische Sammlung usw. und bietet eine neue Forschungsrichtung für das Anwendungspotenzial von Titandioxid im Energiebereich.
① Photowasserstoffproduktion: Schwarzes TiO2 wurde aufgrund seiner Fähigkeit, sichtbares Licht und sogar Licht im nahen Infrarot zu absorbieren, umfassend auf die photokatalytische Wasserzersetzung zur Produktion von Wasserstoff untersucht. Beispielsweise können durch Hydrierung erzeugte Ti3+-Ionen und Sauerstofffehlstellen die Absorption von sichtbarem Licht, die Fähigkeit zum Einfangen von Ladungsträgern und die Fähigkeit zur Ladungstrennung erheblich verbessern und dadurch die Effizienz der photokatalytischen Wasserstoffproduktion verbessern.
② Photoelektrochemische Wasserstoffproduktion: Die durch elektrochemische Reduktionsmethode hergestellte schwarze TiO2-Nanoröhrenanordnung zeigt eine verbesserte photoelektrochemische Wasserspaltungsleistung, die die Effizienz der photoelektrochemischen Wasserstoffproduktion effektiv verbessern kann.
③ Photoabbau von organischem Material: Schwarzes TiO2 hat eine extrem hohe Photoabbaueffizienz für eine Vielzahl organischer Schadstoffe wie Phenol, Aktivschwarz 5, Rhodamin B, Methylenblau usw. und wird zur Entfernung von Umweltschadstoffen verwendet.
④ Photochemische Sensoren: Schwarzes TiO2 wird aufgrund seiner hervorragenden Lichtabsorptionsleistung auch bei der Entwicklung photochemischer Sensoren verwendet, die zur Erkennung organischer Schadstoffe in der Umwelt eingesetzt werden.
⑤ Photothermische Krebstherapie: Mit Polyethylenglykol beschichtetes hydriertes schwarzes TiO2 wurde für die Krebsdiagnose und -behandlung untersucht und zeigte gute photothermische Therapieeffekte.
⑥ Andere Energie- und Umweltanwendungen: Schwarzes TiO2 wurde auch für andere Bereiche der Energieumwandlung und Umweltsanierung untersucht, wie etwa photokatalytische CO2-Reduktion, antibakterielle Desinfektion usw.
Forschungsfortschritte bei schwarzem Titandioxid zeigen, dass seine Lichtabsorptionsleistung und photokatalytische Aktivität durch verschiedene Synthesemethoden und Defekttechnik reguliert werden können, wodurch ein breiteres Anwendungsspektrum im Bereich der Photokatalyse erreicht wird. Obwohl gewisse Forschungsfortschritte erzielt wurden, ist die Leistung von schwarzem TiO2 noch weit von den tatsächlichen Produktionsanforderungen entfernt und einige wichtige photokatalytische Mechanismen sind noch unklar. Weitere Forschung ist erforderlich, um seine photokatalytische Effizienz und Photoquanteneffizienz zu verbessern.