Titanium suboxide, often referred to as titanium black, is an inorganic functional material characterized by its blue-black, free-flowing powder form. It is non-toxic, exhibits excellent thermal stability, high hydrogen and oxygen evolution overpotential. Its outstanding properties including corrosion resistance, wear resistance, superior electrical conductivity, and remarkable chemical stability. These attributes make it highly valuable across industries such as electrocatalytic oxidation for wastewater treatment, marine anti-corrosion, and as a conductive additive. Jet milling, also known as air jet milling or fluid energy milling, is the preferred technique for pulverizing titanium suboxide.
تنبع الخصائص الاستثنائية لأكاسيد التيتانيوم الفرعية في طور ماغنيلي من بنيتها البلورية الفريدة. يمكن تصورها كشبكة من ثمانيات السطوح من ثاني أكسيد التيتانيوم، ولكن مع فارق رئيسي: نقص الأكسجين الدوري. على سبيل المثال، في Ti₄O₇، بعد كل بضع طبقات من ثاني أكسيد التيتانيوم، تتشكل طبقة بها شواغر أكسجين. وهذا يُنشئ مستوى قص بلوري. داخل هذه الطبقات التي تفتقر إلى الأكسجين، تكون ذرات التيتانيوم أقرب إلى بعضها البعض، مُشكلةً سلاسل أو نطاقات موصلة. والأهم من ذلك، أن هذه المسارات الموصلة محمية بطبقات ثاني أكسيد التيتانيوم المستقرة على كلا الجانبين، مما يمنح مواد مثل Ti₄O₇ مزيجًا استثنائيًا من الموصلية الكهربائية العالية ومقاومة التآكل القوية.
المعلمات ذات الصلة
| اسم المنتج | أكسيد التيتانيوم الفرعي |
| الصيغة الكيميائية | TiₙO₂ₙ₋₁ |
| الشكل الكيميائي | أكسيد التيتانيوم الثانوي من مرحلة ماغنيلي |
| مظهر | مسحوق أزرق-أسود |
| قيمة النغمة L | أقل من 16 عامًا |
| محتوى Ti₄O₇ | ≥ 95 % |
| حجم الجسيمات الأولية | 0.5 ~ 1 ميكرومتر |
| حجم الجسيمات والمقاومة المقابلة | < 1 ميكرومتر:> 30 ميكرومتر |
| 1 ~ 10 ميكرومتر: 30 ~ 80 ميكرومتر | |
| 10 ~ 30 ميكرومتر: 3 ~ 5 ميكرومتر | |
| 30 ~ 50 ميكرومتر:< 3 ميكرومتر | |
| 50 ~ 80 ميكرومتر:< 3 ميكرومتر | |
| مقاومة الحرارة (في الهواء) | < 600 درجة مئوية |
| الكثافة النسبية | 3.6 ~ 4.3 |
| المواد القابلة للذوبان في الماء | < 0.5 جم/مل |
المعلمات الرئيسية ومجالات التطبيق
1. مادة القطب الكهربائي
يتميز أكسيد التيتانيوم الفرعي بثبات كيميائي استثنائي ومقاومة فائقة للتآكل، متفوقًا على معظم مواد الأقطاب الكهربائية الصناعية الشائعة، بما في ذلك معدنه الأم، التيتانيوم. ويبقى مستقرًا في الأوساط شديدة العدوانية، مثل المحاليل المحتوية على الفلورايد وحمض الهيدروكلوريك، حيث يتآكل معدن التيتانيوم بسرعة. على سبيل المثال، يكون شبه خامل في حمض الكبريتيك أو الأكساليك 40%، اللذين يُسببان ضررًا بالغًا لمعدن التيتانيوم.
| عينة | المنحل بالكهرباء | فقدان الوزن (150 ساعة) | فقدان الوزن (3500 ساعة) |
| معدن التيتانيوم | 1000 جزء في المليون من الفلور | 22% | 100% |
| أكسيد التيتانيوم الفرعي | 1000 جزء في المليون من الفلور | 0.017% | 0.29% |
| معدن التيتانيوم | 4000 جزء في المليون من الفلور | 52% | 100% |
| أكسيد التيتانيوم الفرعي | 4000 جزء في المليون من الفلور | 0.66% | 2.4% |
| معدن التيتانيوم | HF/HNO₃/H₂O 2/10/88 | 100% | 100% |
| أكسيد التيتانيوم الفرعي | HF/HNO₃/H₂O 2/10/88 | 0.56% | 12.7% |
2. معالجة مياه الصرف الصحي الكهروكيميائية
بفضل قدرتها العالية على تحلل الأكسجين، تُعد أقطاب أكسيد التيتانيوم الفرعي مثالية لعمليات الأكسدة الأنودية. وهذا يُمكّن من التحلل الكهربائي التحفيزي الفعال للملوثات العضوية في تطبيقات تشمل رشح مكبات النفايات، ومياه الصرف الصحي المحتوية على الفينول، ومياه صباغة المنسوجات، ومياه الصرف الصحي من حقول النفط، ومياه الصرف الصحي للمستشفيات. كما يُستخدم في إنتاج الهيدروجين الكهربائي من مياه البحر، وتحلية مياه البحر، وتطهير المياه، وتوليد الأوزون.
3. بطاريات الرصاص الحمضية المتقدمة
في عام ٢٠١٢، قامت شركة أترافيردا المحدودة بتسويق بطارية رصاص حمضية ثنائية القطب باستخدام أكسيد التيتانيوم الفرعي. يُقال إن هذه البطاريات أخف وزنًا بمقدار ٤٠١TP3T وأصغر بمقدار ٢٠١TP3T، وتوفر كثافة طاقة أعلى بمقدار ٤٠١TP3T مع دورة حياة أطول بأكثر من ١٠٠١TP3T مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية التقليدية. كما أنها أكثر صداقة للبيئة، حيث تستخدم رصاصًا أقل بمقدار ٥٠١TP3T، وتُنتج انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أقل بمقدار ٨٠١TP3T أثناء التصنيع. علاوة على ذلك، فهي قابلة لإعادة التدوير بالكامل وأكثر فعالية من حيث التكلفة من البدائل الأخرى مثل بطاريات أيونات الليثيوم.
4. بطاريات الطاقة الجديدة
الرصاص الحمضي: يُعزز أكسيد التيتانيوم الفرعي (Ti₄O₇) قوة الارتباط مع أكسيد الرصاص، ويساعد في الحفاظ على بنية المسام ومساميتها أثناء دورات الشحن والتفريغ. يُحسّن هذا من كفاءة التكوين واستخدام المادة الفعالة الموجبة. وقد ثبت أن إضافة كمية صغيرة من ألياف Ti₄O₇ إلى بطاريات السيارات المسطحة يزيد من سعتها بمقدار 15-17%.
ليثيوم أيون: يُمكن استخدام أكسيد التيتانيوم الفرعي، باعتباره مادةً مُضافةً موصلةً في كاثودات بطاريات أيون الليثيوم، بديلاً عن أسود الكربون التقليدي. فهو يُحسّن موصلية الكاثود، ويضمن توزيعًا منتظمًا للتيار، ويرفع مستوى جهد التفريغ، ويعزز استخدام المادة الفعالة. تُشير الاختبارات الأولية إلى زيادة قدرها 5% في جهد التفريغ، وارتفاع مُقابل في طاقة التفريغ.
5. الحماية الكاثودية والطلاءات المضادة للتآكل
يتميز أكسيد التيتانيوم الفرعي بموصلية كهربائية عالية (تتفوق على الجرافين في بعض النواحي)، ومقاومة للأحماض والقلويات، وامتصاص للأشعة فوق البنفسجية، وثبات حراري عالي، وتشتت جيد في الماء والراتنجات. إن مزيجه من "الموصلية والخمول" يجعله مثاليًا للحماية طويلة الأمد في البيئات القاسية، مثل الهندسة البحرية والمعدات الكيميائية. يُعزز دمج جزيئات أكسيد التيتانيوم الفرعي في الطلاءات المضادة للتآكل (مثل الإيبوكسي والبولي يوريثان) توزيع الشحنات بالتساوي، مما يمنع التآكل الجلفاني الموضعي. تشير الدراسات إلى أن الطلاءات المُعدّلة بأكسيد التيتانيوم الفرعي تُنشئ حماية كاثودية أسرع وتحافظ عليها لفترات أطول مقارنةً بالطلاءات ذات الحشوات الخاملة التقليدية.
6. أصباغ متقدمة
تُمكّن الموصلية العالية لأكاسيد التيتانيوم الفرعية من طور ماغنيلي من استخدامها في الأصباغ المضادة للكهرباء الساكنة والموصلة للطلاءات والأحبار. يُمكنها استبدال الكربون الأسود للحصول على طلاءات موصلة سوداء داكنة ذات مقاومة فائقة للعوامل الجوية. علاوة على ذلك، يمتص تركيبها البلوري الضوء المرئي بقوة، مما يُنتج لونًا رماديًا داكنًا إلى أسود. وهي أكثر مقاومة للحرارة من الكربون الأسود (مناسبة للسيراميك والطلاءات عالية الحرارة)، وهي غير سامة، مما يُوفر بديلاً محتملاً للأصباغ السوداء الخطرة القائمة على الكوبالت أو الكروم. كما يُمكن تصميم أصباغ مُركبة مع ثاني أكسيد التيتانيوم للتحكم في النشاط التحفيزي الضوئي، مما يُقلل من تدهور الأشعة فوق البنفسجية ويُعزز متانة الطلاء وخصائصه المضادة للتلوث. ومن خلال التحكم في شكل وحجم الجسيمات، يُمكن تحقيق تأثيرات خاصة مثل اللمعان المعدني لطلاءات السيارات والديكورات.
تحسين الأداء باستخدام المعالجة المتقدمة
تعتمد الخصائص الوظيفية الاستثنائية لثاني أكسيد التيتانيوم اعتمادًا كبيرًا على خصائص مسحوقه، بما في ذلك نقائه، وتوزيع حجم الجسيمات، وشكله. لتحقيق أعلى مستويات الأداء، يجب تجنب التلوث أثناء المعالجة. يُعد الطحن بالنفث، المعروف أيضًا باسم الطحن بالنفث الهوائي أو الطحن بطاقة السوائل، التقنية المُفضلة لسحق ثاني أكسيد التيتانيوم. تستخدم هذه الطريقة نفثات عالية السرعة من الهواء المضغوط أو الغاز لتحقيق سحق وتصنيف هوائي فائق الدقة دون أي أجزاء ميكانيكية متحركة تلامس المادة. تضمن عملية الطحن بتدفق الهواء ما يلي:
نقاء مطلق: لا يوجد تلوث معدني من وسائط الطحن.
الحماية الحرارية: تمنع عملية التفتيت النفاث ذات درجة الحرارة المنخفضة حدوث تغيرات في الطور أو الأكسدة.
جودة مسحوق فائقة: تنتج جزيئات كروية ذات توزيع ضيق للحجم، مثالية لتصنيع الأقطاب الكهربائية والطلاءات والمواد المركبة.
يُظهر أكسيد التيتانيوم الفرعي (Ti₄O₇)، بتركيبته الطورية الفريدة من نوعها (Magnéli phase structure) وموصليته العالية، أداءً ممتازًا في البطاريات، وحماية البيئة، ومنع التآكل. يُستخدم كمادة أساسية لبطاريات الرصاص الحمضية ثنائية القطب الأخف وزنًا والأكثر كفاءة، ومحفزًا كهربائيًا قويًا لتحلل ملوثات مياه الصرف الصحي العنيدة، ومكونًا متينًا وموصلًا لأنظمة مقاومة التآكل طويلة الأمد.
مسحوق ملحمي
مسحوق ملحمي يوفر تصميمًا مخصصًا الطحن النفاث solutions for industries seeking to leverage the full potential of advanced materials like titanium suboxide. Our equipment is engineered to deliver the contamination-free, low-temperature air grinding essential for producing high-purity, functional powders. If your application demands the superior performance of precisely processed materials, contact Epic Powder to discover how our jet pulverization expertise can enhance your product’s performance and reliability.