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.
Исключительные свойства субоксидов титана фазы Магнели обусловлены их уникальной кристаллической структурой. Её можно представить как сеть октаэдров TiO₂, но с ключевым отличием: периодическим дефицитом кислорода. Например, в Ti₄O₇ через каждые несколько слоёв TiO₂ образуется слой с кислородными вакансиями. Это создаёт кристаллографическую плоскость сдвига. Внутри этих слоёв с дефицитом кислорода атомы титана расположены ближе друг к другу, образуя проводящие цепи или полосы. Важно отметить, что эти проводящие пути экранированы стабильными слоями TiO₂ с обеих сторон, что обеспечивает таким материалам, как Ti₄O₇, исключительное сочетание высокой электропроводности и высокой коррозионной стойкости.
Связанные параметры
| Название продукта | Субоксид титана |
| Химическая формула | TiₙO₂ₙ₋₁ |
| Химическая форма | Фаза Магнели, субоксид титана |
| Появление | Сине-черный порошок |
| Значение тона L | < 16 |
| Содержание Ti₄O₇ | ≥ 95 % |
| Размер первичных частиц | 0,5 ~ 1 мкм |
| Размер частиц и соответствующее удельное сопротивление | < 1 мкм：> 30 мОм·м |
| 1 ~ 10 мкм：30 ~ 80 мОм·м | |
| 10 ~ 30 мкм：3 ~ 5 мОм·м | |
| 30 ~ 50 мкм: < 3 мОм·м | |
| 50 ~ 80 мкм: < 3 мОм·м | |
| Теплостойкость (на воздухе) | < 600 °С |
| Относительная плотность | 3.6 ~ 4.3 |
| Водорастворимые вещества | < 0,5 г/мл |
Основные параметры и области применения
1. Материал электрода
Субооксид титана обладает исключительной химической стабильностью и коррозионной стойкостью, превосходя по своим характеристикам большинство распространённых промышленных электродных материалов, включая его основной металл – титан. Он сохраняет устойчивость в высокоагрессивных средах, таких как фторидсодержащие растворы и соляная кислота, в которых металлический титан быстро подвергается коррозии. Например, он практически инертен в серной или щавелевой кислоте марки 40%, которые оказывают сильное агрессивное воздействие на металлический титан.
| Образец | Электролит | Потеря веса (150 часов) | Потеря веса (3500 часов) |
| Титановый металл | 1000 ppm F⁻ | 22% | 100% |
| Субоксид титана | 1000 ppm F⁻ | 0.017% | 0.29% |
| Титановый металл | 4000 ppm F⁻ | 52% | 100% |
| Субоксид титана | 4000 ppm F⁻ | 0.66% | 2.4% |
| Титановый металл | HF/HNO₃/H₂O 2/10/88 | 100% | 100% |
| Субоксид титана | HF/HNO₃/H₂O 2/10/88 | 0.56% | 12.7% |
2. Электрохимическая очистка сточных вод
Благодаря высокому перенапряжению выделения кислорода электроды из субоксида титана идеально подходят для процессов анодного окисления. Это обеспечивает эффективное электрокаталитическое разложение органических загрязнителей в таких областях применения, как фильтрат свалок, фенолсодержащие сточные воды, стоки текстильных красителей, сточные воды нефтепромыслов и больничные стоки. Они также используются для электролитического получения водорода из морской воды, опреснения морской воды, дезинфекции воды и озонирования.
3. Усовершенствованные свинцово-кислотные аккумуляторы
В 2012 году компания Atraverda Ltd. вывела на рынок биполярный свинцово-кислотный аккумулятор на основе субоксида титана. Сообщается, что эти аккумуляторы легче на 40%, меньше на 20% и обладают более высокой плотностью энергии на 40% и более длительным циклом службы по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами. Они также более экологичны: потребляют на 50% меньше свинца и выделяют на 80% меньше CO₂ при производстве. Кроме того, они полностью перерабатываются и более экономичны, чем альтернативные варианты, такие как литий-ионные аккумуляторы.
4. Новые энергетические батареи
Свинцово-кислотные аккумуляторы: субоксид титана (Ti₄O₇) усиливает связывание с PbO₂ и способствует сохранению структуры пор и пористости во время циклов заряда-разряда. Это повышает эффективность формирования и использования активного материала положительного электрода. Было показано, что добавление небольшого количества волокна Ti₄O₇ в автомобильные плоские аккумуляторы увеличивает ёмкость на 15-17%.
Литий-ионные аккумуляторы: В качестве проводящей добавки в катодах литий-ионных аккумуляторов субоксид титана может заменить традиционную сажу. Он улучшает проводимость катода, обеспечивает равномерное распределение тока, повышает площадку разрядного напряжения и повышает эффективность использования активного материала. Предварительные испытания показывают повышение разрядного напряжения на 5% и соответствующее увеличение энергии разряда.
5. Катодная защита и антикоррозионные покрытия
Субоксид титана обладает высокой проводимостью (превосходя графен по некоторым показателям), устойчивостью к кислотам и щелочам, поглощением УФ-излучения, высокой термостабильностью и хорошей диспергируемостью в воде и смолах. Сочетание «проводимости и инертности» делает его идеальным материалом для долговременной защиты в агрессивных средах, таких как морское и химическое оборудование. Включение частиц субоксида титана в антикоррозионные покрытия (например, эпоксидные, полиуретановые) способствует равномерному распределению заряда, предотвращая локальную гальваническую коррозию. Исследования показывают, что покрытия, модифицированные субоксидом титана, быстрее обеспечивают катодную защиту и сохраняют её дольше по сравнению с покрытиями с традиционными инертными наполнителями.
6. Улучшенные пигменты
Высокая проводимость субоксидов титана фазы Магнели позволяет использовать их в антистатических и проводящих пигментах для покрытий и чернил. Они могут заменить технический углерод для получения насыщенных черных проводящих покрытий с превосходной атмосферостойкостью. Более того, их кристаллическая структура сильно поглощает видимый свет, обеспечивая насыщенный серый или черный цвет. Они более термостойки, чем технический углерод (подходит для керамики и высокотемпературных покрытий), и нетоксичны, предлагая потенциальную замену опасным черным пигментам на основе кобальта или хрома. Композитные пигменты с TiO₂ также могут быть разработаны для управления фотокаталитической активностью, уменьшения деградации под воздействием УФ-излучения и повышения долговечности покрытия и его противообрастающих свойств. Контролируя морфологию и размер частиц, можно добиться специальных эффектов, таких как металлический блеск, для автомобильных и декоративных покрытий.
Оптимизация производительности с помощью расширенной обработки
Исключительные функциональные свойства субоксида титана в значительной степени зависят от характеристик его порошка, включая чистоту, распределение размеров частиц и морфологию. Для достижения максимальной производительности необходимо избегать загрязнения в процессе обработки. Струйное измельчение, также известное как воздушно-струйное измельчение или измельчение с использованием энергии жидкости, является предпочтительным методом измельчения субоксида титана. Этот метод использует высокоскоростные струи сжатого воздуха или газа для достижения сверхтонкого воздушного дробления и классификации без контакта каких-либо механических движущихся частей с материалом. Процесс воздушно-струйного измельчения обеспечивает:
Абсолютная чистота: отсутствие металлических загрязнений от измельчающих тел.
Тепловая защита: Низкотемпературное струйное распыление предотвращает фазовые изменения или окисление.
Превосходное качество порошка: образует сферические частицы с узким распределением размеров, идеально подходящие для изготовления электродов, покрытий и композитных материалов.
Субоксид титана (Ti₄O₇) с его уникальной фазовой структурой Магнели и высокой проводимостью демонстрирует превосходные эксплуатационные характеристики в аккумуляторах, для защиты окружающей среды и предотвращения коррозии. Он служит основным материалом для более лёгких и эффективных биполярных свинцово-кислотных аккумуляторов, мощным электрокатализатором для разложения стойких загрязнителей сточных вод и прочным проводящим компонентом для долговечных антикоррозионных систем.
Эпический порошок
Эпический порошок обеспечивает индивидуальный подход струйное фрезерование 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.