Исследование физико-химических свойств нанопорошка диоксида титана, разработка технологии его производства и применение синтезированного ТіО₂

Rus

Eng

TiO₂ – диоксид титана (двуокись титана) – Titanium dioxide – один из важнейших неорганических соединений, потребляемых современной промышленностью, его уникальные свойства определяют уровень технического прогресса в различных секторах мировой экономики.

На протяжении нескольких последних лет  ООО «Центр материаловедения» активно занимается исследованиями в области нанотехнологий, а именно разработкой методики синтеза нанопорошка диоксида титана (ТіО₂) и дальнейшим исследованием его физико-химических свойств. Кристалличность, размер частиц, площадь поверхности и другие факторы определяют функциональные особенности и применение синтезированного ТіО₂.

В настоящее время, благодаря химической и биологической инертности, не токсичности, возможности вырабатывать электроны с низкой скоростью рекомбинации под действием солнечных лучей, искусственного ультрафиолетового излучения, плазмы, благодаря полупроводниковым свойствам и дешевизне, диоксид титана применяется как фотокатализатор для очистки воды и воздуха, дезинфекции в общественных местах, учебных заведениях, медицинских клиниках (антибактериальные покрытия для стен, инструментов, мебели, протезов и имплантантов), для создания самоочищающихся поверхностей (стены и окна зданий, окна, товары широкого потребления), промышленных и бытовых установок очистки воздуха, стоковых и загрязненных вод, очистки жидкостей и газов. Также диоксид титана может быть использован для изготовления солнечных батарей - превращения солнечного света в электроэнергию; для  производства водорода; в с фере электроники для псевдоконденсаторов и т.д.

Применение наноматериалов на основе диоксида титана

Целью наших научных исследований является разработка устойчивой технологии для производства наноразмерного диоксида титана с определенными исходными характеристиками, которые обуславливают применение данного материала в определенной сфере. Обращаясь к проблемам развития современной науки, наши сотрудники работают в двух направлениях: производство солнечных элементов на основе диоксида титана как полупроводника n-типа и создание фотокаталитически активних бактерицидних поверхностей для очистки окружающей среды.

Сотрудниками научной лаборатории Центра материаловедения было изучено влияние разных условий процесса синтеза на исходные свойства синтезируемого материала, в результате исследований был разработан ряд методик производства диоксида титана со строго подконтрольными размерами его частиц (от нескольких до более 100 нм) и четко задаными фотокаталитическими характеристиками.

На рисунке: наноразмерный диоксид титана, синтезированный золь-гель методом, и его ТЕМ изображение (средний размер зерен 8-10 нм).

Результатом работ, посвященных нанесению покрытий на основе диоксида титана на различные поверхности (стекло, нержавеющая сталь, латунь, пористый углерод), стала разработка технологии создания таких покрытий, которые проявляют высокие фотокаталитические свойства и способны выступать фотокатализатором при деградации разных органических соединений. Таким системам не требуется мойка, они способны самоочищаться и, следовательно, очищать окружающую среду лишь под действием солнечных лучей или искусственного освещения, могут применяться как активные поверхности и отдельные узлы различных очистных и активационных установок.

На рисунке: самоочищающиеся покрытия на стеклянных поверхностях нанесенные методом напыления (а) и погружения (б), а также на металлических покрытиях (в).

Пленка ТіО2 на латунной подложке	Оптическая микрофотография пленки ТіО2 (100нм)
SEM фотография пленки ТіО2, представленная округленными агломератами анатазной фазы	Оптическая микрофотография пленки ТіО2 (1000нм)

В июне 2010 года результаты исследований, полученные в лаборатории Центра материаловедения, были представлены на международной конференции по керамическим материалам CIMTEC 2010, которая проходила в Монтекатини, Италия. Постер-презентация и ряд статей, представленные нашими научными сотрудниками совместно с группой американских исследователей из Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, раскрывают актуальные проблемы исследования физико-химических свойств диоксида титана и его практического применения в разных отраслях в мире и, в частности на Украине. При этом наша компания ориентируется на украинский рынок и все научные исследования осуществляет исключительно на основе отечественного сырья.

Благодаря сочетанию электрических и оптических свойств, диоксид титана большой интерес представляет для изготовления фотоэлектрических солнечных батарей.

Опытные образцы солнечных батарей, изготовленные с применением нанопорошка диоксида титана TiO2 в Центре материаловедения

Солнечная ячейка на хлорофилле	Так выглядят солнечные ячейки на различных типах красителей	Испытание солненой ячейки на хлорофиллe