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日常生活中不能沒有金屬＂鈦＂
發(fā)布時(shí)間：2017-03-15
信用卡分類為:普卡、金卡、白金卡及鈦金卡，其中鈦金卡最為尊貴，如圖1。鈦(Titanium)化學(xué)符號(hào)Ti，原子序22，是一種銀白色的金屬，其特點(diǎn)為重量輕、強(qiáng)度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力。鈦?zhàn)钣杏玫膬蓚€(gè)特性是:抗腐蝕性及金屬中最高的強(qiáng)度－重量比。在非合金的狀態(tài)下，鈦的強(qiáng)度和鋼相同，但卻輕很多，中鋼公司積極發(fā)展鈦金屬，并推出鈦杯，如圖2.中鋼鈦杯。鈦是西元1791年由格雷戈?duì)?R.W.Gregor)牧師，于英國(guó)康沃爾郡發(fā)現(xiàn)，他把這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)呈報(bào)給皇家地質(zhì)學(xué)會(huì)，另外寫了一篇論文發(fā)表在德國(guó)的科學(xué)雜志上。4年后，由德國(guó)化學(xué)家克拉普洛斯(M.H.Klaproth)確認(rèn)此新元素并以希臘神話泰坦(Titans)的名字命名為鈦(Titanium)。由于它的高抗拉強(qiáng)度－密度比、優(yōu)良的抗腐蝕性、抗疲乏性、抗裂痕性及能夠抵擋高溫，鈦合金被用于航空太空工業(yè)。生產(chǎn)波音737/777及787等客機(jī)及空中巴士客機(jī)，要用到大量的鈦金屬。日常生活中鈦金屬可用于眼鏡框架，表面可使用PVD鍍膜上氮化鈦(TiN)薄膜涂層成黃色，氮化鈦具有耐磨抗刮痕等特性。
圖 1 信用卡分類為 : 普卡、金卡、白金卡及鈦金卡，其中鈦金卡最尊貴。
圖2 鈦杯
圖 3 鈦金屬眼鏡框架，表面使用PVD鍍膜上氮化鈦薄膜涂層成黃色。
鈦的化合物二氧化鈦(TiO2)最常使用于日常生活中，如圖4二氧化鈦為白色粉末，可用于制造白色顏料，日常生活中二氧化鈦可用于牙膏、白色修正液、油墨顏料、塑膠添加物，化妝品及食品添加物等生活必需品中。21世紀(jì)以來「環(huán)境保護(hù)」及「綠色能源」已成為全球人類最迫切需要?jiǎng)?chuàng)新的二大議題，最近幾年世界各地的研究機(jī)構(gòu)無不積極地投入人力及物力資源以進(jìn)行研發(fā)。其中用于日常生活中傳統(tǒng)二氧化鈦的尺寸主要介于300納米至600納米間，呈現(xiàn)白色粉末。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦的尺寸介于15納米和25納米間，呈現(xiàn)透明薄膜并且具有光觸媒特性，納米二氧化鈦為感光性半導(dǎo)體，能夠吸收小于436納米波長(zhǎng)的紫外光電磁幅射，其介于價(jià)電子帶(Valence Band)和傳導(dǎo)電帶(Conductivity Band)的能量差異為3.05電子伏特。納米二氧化鈦吸收紫外光后會(huì)產(chǎn)生電子激發(fā)從價(jià)電子帶轉(zhuǎn)移至傳導(dǎo)電帶，電子激發(fā)后留下的電洞(Electron Hole)則向相反方向移動(dòng)，納米二氧化鈦固體表面的氧化還原反應(yīng)(Redox Reaction)因此產(chǎn)生。納米二氧化鈦光觸媒在紫外光電磁幅射光源照射下利用特定波長(zhǎng)光源的能量來催化產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)作用，使周圍之氧氣及分子激發(fā)成具有活性的．OH及．O2自由離子基，這些氧化力極強(qiáng)的自由基離子能夠分解對(duì)人體或環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)及部份無機(jī)物質(zhì)。制造氧化威力強(qiáng)大的自由基能使納米二氧化鈦光觸媒具有抑菌、殺菌、無毒性、脫臭、親水及自潔等特性，促成納米二氧化鈦光觸媒成為理想環(huán)保產(chǎn)品。光觸媒能有效防止煙塵、花粉、細(xì)菌、病毒、有害氣體的危害。以光觸媒產(chǎn)生的強(qiáng)效氧化作用，去除捕捉到的浮游細(xì)菌，去除率高達(dá)百分之九十九。而光觸媒產(chǎn)生強(qiáng)效氧化，使通過光觸媒的空氣中病毒的蛋白質(zhì)氧化變質(zhì)，如此可以讓病毒不具活性化，抑制病毒活動(dòng)。并可分解汽車排出的廢氣、油漆及裝潢材料發(fā)出的建材異味，去除有害氣體，并且可以除臭。
圖 4 二氧化鈦白色粉末。
圖 5 奈米二氧化鈦光觸媒是在光源照射下利用特定波長(zhǎng)光源的能量來產(chǎn)生催化的作用
納米二氧化鈦光觸媒具有氧化還原功能，結(jié)合太陽光能以環(huán)境保護(hù)為主要訴求。納米二氧化鈦光觸媒可應(yīng)用于殺菌除臭及防污方面，包含吸附，光化學(xué)反應(yīng)及脫附等反應(yīng)機(jī)構(gòu)。納米二氧化鈦光觸媒將有毒有機(jī)化合物去除可以如下化學(xué)反應(yīng)來表示:
Organicmolecules→CO2+H2O
OrganicN-compounds→HNO3+CO2+H2O
OrganicS-compounds→H2SO4+CO2+H2O
OrganicCl-compounds→HCl+CO2+H2O
圖5表示納米二氧化鈦光觸媒是在光源照射下利用特定波長(zhǎng)光源的能量來產(chǎn)生催化作用的反應(yīng)機(jī)構(gòu)。
圖 6 奈米二氧化鈦染敏太陽能電池的元件結(jié)構(gòu)
圖 7 氮化鈦 (TiN) 在半導(dǎo)體元件金屬接點(diǎn)之間的導(dǎo)電阻擋層示意圖。
圖 8 為鈦金屬用于人工假牙。
瑞士科學(xué)家格雷策爾(Gratzel)教授于西元1991年採(cǎi)用納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦電極材料及可見光吸收染料，產(chǎn)生光電效率超過百分之十二的太陽能電池。納米二氧化鈦染敏太陽能電池的工作原理主要結(jié)合納米二氧化鈦電極與可見光吸收染料而制造出高效率電子轉(zhuǎn)移介面的元件，避開傳統(tǒng)太陽能電池需要昂貴半導(dǎo)體晶圓材料，可說是第三代太陽能電池。此類型太陽能電池的工作原理是藉由染料做為可見光吸收光材。染料中價(jià)電層電子受光激發(fā)，氧化鈦跳躍至高能階層，進(jìn)而傳導(dǎo)至納米二氧html化鈦半導(dǎo)體的導(dǎo)電帶，再經(jīng)由電極引至外部。失去電子的染料則經(jīng)由電池中碘及碘化鉀電解質(zhì)得到電子，電解質(zhì)是由碘(I)及碘離子(I3+)溶解于有機(jī)溶劑中形成。此型電池的結(jié)構(gòu)為三明治結(jié)構(gòu)，上下均為玻璃，玻璃內(nèi)面則為導(dǎo)電層。納米二氧化鈦染敏太陽能電池的元件結(jié)構(gòu)如圖6所示。
氮化鈦(TiN)涂層廣泛用于金屬表面以保持機(jī)械模具的耐腐蝕性，如鑽頭和銑刀，氮化鈦薄膜可用于微電子領(lǐng)域，作為半導(dǎo)體元件金屬接點(diǎn)之間的導(dǎo)電阻擋層。而將薄膜擴(kuò)散到金屬硅中，它的電導(dǎo)率（30-70μΩ•cm）足以形成良好的導(dǎo)電連接。這種特殊的導(dǎo)電阻擋層還具有陶瓷的化學(xué)及機(jī)械性能，此技術(shù)大量用于當(dāng)前的納米晶片設(shè)計(jì)中以提高電晶體的性能。圖7為氮化鈦(TiN)在半導(dǎo)體元件金屬接點(diǎn)之間的導(dǎo)電阻擋層示意圖。
由于鈦的生物相容性(無毒及不被人體排斥)，鈦在醫(yī)學(xué)上有廣泛應(yīng)用，鈦有一種固有的骨骼融合特性，使得鈦制的牙科植入物能在原位上逗留30年。這種特性對(duì)整形植入物而言亦相當(dāng)有用。使用鈦的好處還有鈦較低的彈性模數(shù)(楊氏模數(shù))，與骨較為接近，植入物是以修補(bǔ)骨骼為目的而設(shè)計(jì)。因此骨骼負(fù)重會(huì)更平均地分布于骨及植入物之間，這樣會(huì)減低骨質(zhì)流失的機(jī)會(huì)，圖8.為鈦金屬用于人工假牙。
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