خواص و کاربردهای دی اکسید تیتانیم

دی اکسید تیتانیم (Titanium Dioxide) یا تیتانیا با فرمول TiO2 دارای وزن مخصوص 4.2-3.9، نقطه ذوب 1854 درجه سانتی گرادو سختی 6.5-5.5 است. دی اکسید تیتانیم در آب و اسیدهای آلی و محلول های رقیق قلیایی حل نمی شود اما در اسید سولفوریک گرم و HF حل می شود. دی اکسید تیتانیم در سه شکل ساختمانی آناتاز (تتراگونال)، روتیل (مکعبی) و بروکیت (ارتورمبیک) قابل متبلور شدن می باشد.

دی اکسید تیتانیم به صورت سنگ های ایلمینیت (FeTiO3)، پروسکایت (CaTiO3) و تیتانیت ایلمینوروتیل و به صورت نادرتر به شکل روتیل در منابع معدنی یافت می شود.

دی اکسید تیتانیم به دلیل کریستالیزه شدن در هنگام پخت لعاب سرامیک ها  و اپک کردن آن (رنگدانه سفید)، تنظیم و پایدار کردن لعاب سرامیکها ، افزایش قدرت پوشانندگی و ایفای نقش کاتالیست در افزایش سرعت واکنش ها استفاده گسترده ای در صنایع ساخت انواع رنگدانه ها و لعاب سازی و سرامیک سازی دارد. به جهت داشتن ضریب شکست بالا (2.76 – 2.52) و افزایش ضریب شکست شیشه ها در ساخت انواع شیشه های اپتیکی از آن استفاده می شود. در صنایع لاستیک سازی، کاغذ سازی، سرامیک و مواد آرایشی و دارویی (خمیر دندان، پماد، پودر) به عنوان پر کننده عمل می کند. به دلیل استحکام و مقاومت به خوردگی بالای دی اکسید تیتانیم به عنوان پوشش بر روی سطوح مصنوعات فلزی به خصوص در بدنه سفینه های فضایی مورد استفاده قرار می گیرد. از دی اکسید تیتانیم تک کریستال به عنوان الماس مصنوعی استفاده شده با این تفاوت که به راحتی قابلیت تراش دارد.

از کاربردهای الکتریکی دی اکسید تیتانیم می توان به مواردی چون روپوش الکترودهای جوشکاری، الکترود لامپ های قوسی و به عنوان دی الکتریک در خازن ها به جهت داشتن ثابت دی الکتریک بالا (173 در جهت موازی با محور تک بلور و 89 در جهت عمود بر آن) اشاره نمود.

چنانچه پخت بدنه های دی اکسید تیتانیم به کمک گدازآورهایی مانند SiO2، BeO، MgO و BaCO3 در شرایط احیایی انجام گیرد جاهای خالی اکسیژنی در داخل ساختار شکل می گیرد که رنگ آن تیره و هدایت الکتریکی را افزایش می دهد و آن را به عنوان یک نیمه هادی مطرح می نماید. به طوری که با حرارت دادن آن در دمای 600 درجه سانتی گراد در اتمسفر هیدروژن به مدت 5 دقیقه ضریب هدایت از 12- 10 به 5-10  (در واحد) bold capital omega cm-1 افزایش می یابد. به طور کلی رابطه غیر استوکیومتری اکسید تیتانیم به صورت TiO2-x بوده که هر قدر x بزرگتر باشد رسانایی افزایش می یابد به طوری که رسانایی TiO مشابه فلزات است. TiO از احیای TiO2 به وسیله منیزیم در دمای 600 درجه سانتیگراد در اتمسفر آرگون و یا هیدروژن حاصل می شود. اکسید تیتانیم با افزایش دما نیز اکسیژن از دست داده و یون های تیتانیم در جاهای خالی اکتاهدرال بین نشین می گردند و هدایت الکتریکی به طور محسوسی بالا رفته و نیمه هادی از نوع n حاصل می شود.