Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ТИТАН В МИКРО И НАНО СТРУКТУРАХ

Чжан Ф.Ф. 1 Ши К.Ш. 1, 1, 1 Син С.С. 1 Ерофеева Г.В. 1
1 Национальный Исследовательский Томский политехнический университет
Представлены свойства нано- и микроструктуры титана. Приведены две модификации прямых решёток (ОЦК и ГПУ), указаны параметры решётки, зоны Бриллюэна и топология поверхности Ферми. Приведена таблица сравнительных свойств (плотность, температура плавления, температура кипения и цвет) титана в нано- и микроструктурах. Изменения свойств титана при уменьшении до 30 - 50 нм не найдёны. Указаны технологии получения нанопорошков (химические методы, физические методы, мехнические методы, четыре различных метода получения порошков плазмохимическим способом) и схема установки для получения нанопорошков титана и его применения (в медицине, пищевой промышленности для изготовления регенерируемых фильтров, используемых в системах очистки питьевой и минеральной воды, соков и напитков, а также для изготовления деталей часовых механизмов и кислотостойкого оборудования).
метод получения и применения нанопорошка тиана
наноструктур
микроструктур
титан
1. Титан (элемент) — Википедия
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82)
2. 3D (VRML) Fermi Surface Database
http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/
3. *Titanium (Ti) Nanoparticles / Nanopowder (Ti, 99.9%, 70nm, metal basis)
http://www.us-nano.com/inc/sdetail/175
4. Titanium Nanoparticles Ti | AMERICAN ELEMENTS ® Supplier & Info
http://www.americanelements.com/tinp.html
5. Нанопорошки и методы их получения / Федеральный интернет-портал "Нанотехнологии и наноматериалы"
http://www.portalnano.ru/read/prop/pro/materials/functional/4cosmos/nanoporoshki
6. Способ и установка для получения нанопорошков с использованием трансформаторного плазмотрона. Патент РФ 2406592
http://www.findpatent.ru/patent/240/2406592.html
7. НАНОПОРОШОК. Производство НАНОПОРОШКОВ. Резюме проекта производства НАНОПОРОШКОВ. Технология НАНОПОРОШКА. Получение НАНОПОРОШКА
http://venture-biz.ru/katalog-proektov/materialy-tekhnologii/293-proizvodstvo-nanoporoshkov
8. Титановый порошок: титан и Ti сплавы. Марки и составы титанового порошка - ОАО "Полема"
http://www.polema.net/titan-i-ti-splavy.html

Прямая решётка титана в двух модификации[1] показана на рис. 1.

Рис. 1а. прямая решётка β - титана (ОЦК параметр а=3,28Å)

Рис. 1б прямая решётка α-титана (ГПУ параметры а=2,951Å с=4.691 Å)

Поверхность Ферми и зона Бриллюэна[2] показаны на рис. 2.

Рис. 2. Поверхность Ферми и зона Бриллюэна титана

Топология поверхности Ферми титана имеют сложную форму по сравнению ,например, с топологией поверхности Ферми меди, которая не намного отличается от проверхности сферы. Это отличие свойств металлов (Ti и Cu) в микроструктуре объясняется различием топологий поверхностей Ферми.

Таблица 1. Сравнения характеристик титана в микро[1] и нано стркутуры[3, 4]

Ti

микроскопическое свойства

Нано свойства

Плотность

4,54 г/см3

4.506 г/см3

Температура  плавления

1941К

1933К

Температура  кипения

3560К

3560К

Цвет

серебристо-белый

от темно-серого до черного цвета

 

Температура плавления нанопорошка титана немного умешалася.

Цвет титана в микро и нано структуре отличается.

Методы получения нанопорошков титана

Одно из важнейших направлений нанотехнологии - это получение наноразмерных порошков (нанопорошков).

Химические методы[5] получения нанопорошков, включают, как правило, различные процессы: осаждение, термическое разложение, пиролиз, газофазные химические реакции (восстановление, гидролиз), электроосаждение.

Физические методы[5] синтеза нанопорошков основаны на испарении металлов, сплавов или оксидов с последующей их конденсацией при контролируемых температуре и атмосфере.

Механические методы[5] основаны на измельчении материалов в мельницах (шаровых, планетарных, центробежных, вибрационных), гироскопических устройствах, аттриторах и симолойерах.

Существует четыре различных метода получения порошков плазмохимическим способом: переработка газообразных соединений; переработка жидких диспергированных соединений; переработка твердых частиц, взвешенных в потоке плазмы; переработка твердых частиц в стационарном слое.[6]

Рис. 3. Схема установки для получения нанопорошков титана[7]

Применение[8]

Порошки металлического титана широко применяются в медицине, пищевой промышленности для изготовления регенерируемых фильтров, используемых в системах очистки питьевой и минеральной воды, соков и напитков, пористых не распыляемых геттеров (газопоглотителей) с высокой сорбционной емкостью, а также для изготовления деталей часовых механизмов и кислотостойкого оборудования.

Восстановленные порошки титана и сплавов имеет неправильную (иррегулярную) форму и развитую поверхность частиц, благодаря чему отлично формуются при сравнительно низких давлениях прессования в жестких матрицах, а также методом гидростатического прессования в эластичных оболочках. Порошки хорошо прокатываются в ленту и спекаются в вакууме или нейтральной атмосфере.

Порошки титана и сплавов на основе титана применяются в производстве коррозионностойких фильтров тонкой очистки технических жидкостей в виде пористого  проката,  в медицине для изготовления имплантат,  в пищевой промышленности для изготовления регенерируемых фильтров в системах очистки питьевой и минеральной воды, соков и напитков, в производстве пиротехнических средств высокой надежности, пористых не распыляемых геттеров (газопоглотителей) с высокой сорбционной емкостью и скоростью сорбции, а также для изготовления композитов с алюминием и другими металлами, деталей часовых механизмов и кислотостойкого оборудования. Порошки применяются также для плазменного и микроплазменного напыления покрытий.


Библиографическая ссылка

Чжан Ф.Ф., Ши К.Ш., Ши К.Ш., Ши К.Ш., Син С.С., Ерофеева Г.В. ТИТАН В МИКРО И НАНО СТРУКТУРАХ // Международный студенческий научный вестник. – 2014. – № 4. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=11947 (дата обращения: 27.11.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074