TiO2ナノパウダー
目次
概要 TiO2ナノパウダー
tio2ナノパウダーは、天然に存在するチタン元素の酸化物であるTiO2のナノ粒子からなる微細な白色粉末である。ナノ粒子の直径は100ナノメートル未満で、ユニークな特性を発揮する。
TiO2ナノパウダーは、そのサイズ、形態、表面積に密接に依存する卓越した光学的、電子的、触媒的特性により、様々な産業分野で重要な材料となっている。高い輝度と反射率、良好な紫外線吸収、効率的な電荷移動と光触媒活性、高い屈折率などを示す。
以下のセクションでは、酸化チタンナノパウダーの組成、さまざまな構造形態、主な特徴、各産業における用途、入手可能な仕様とグレード、サプライヤーの状況、長所と短所など、さまざまな側面について掘り下げていく。
酸化チタンナノ粉末の組成と構造
TiO2ナノ粉末はさまざまな構造形態で存在し、その特性や用途はさまざまである：
TiO2ナノ粉末構造
| 構造 | 説明 |
|---|---|
| アナターゼ | 準安定、正方晶系結晶構造 |
| ルチル | 熱力学的に安定な正方晶構造 |
| ブルッカイト | 斜方晶構造はめったに商業利用されない |
| 酸化チタン（B） | 単斜晶構造 |
ナノTiO2のアナターゼ型とルチル型は、最も一般的に商業的に利用されている。製造業者は、加水分解、ゾル-ゲル、気相熱分解、火炎噴霧熱分解、プラズマ合成などのプロセスを用いて、所望の形態のナノTiO2粉末を製造する。
酸化チタンナノ粒子の主な特徴
TiO2ナノ粒子の重要な特性には、さまざまな用途での利用を可能にするものがある：
TiO2ナノ粒子の特性
| 特徴 | 詳細 |
|---|---|
| 粒子径 | 10-100 nm |
| 結晶構造制御 | アナターゼ、ルチルまたはブルッカイト多形体 |
| 表面積 | 50-400 m2/g |
| 屈折率 | 2.6-2.9 |
| 明るさ／白さ | 白色顔料の中で最高 (>90%) |
| 着色強度 | 従来の顔料より高い |
| 紫外線吸収 | 紫外域で高いブロードバンド吸収 |
| 光活動 | 紫外線照射下で優れた光触媒作用を示すアナターゼ型 |
| 安定性 | 化学的および熱的に安定で、水に不溶。 |
| 毒性 | 生物学的に不活性と考えられている |
超微細サイズは、単位体積あたりの表面積の最大化と機能性の向上につながり、少量で強い不透明度や高い触媒反応性などを提供することを可能にする。サイズ、形状、気孔率を制御することは、光学性能、電子構造、表面特性を調整するための鍵となる。
の応用 TiO2ナノパウダー
TiO2ナノ粒子の多彩な光学的、電子的、化学的特性を利用した主な応用分野には、以下のようなものがある：
顔料と染料
- 塗料:高い不透明性と耐久性のための白色顔料
- プラスチック:輝度、不透明度、耐紫外線性
- 紙:白さ、滑らかさ、不透明性のためのミネラルフィラー
- 化粧品:UVカットクリーム、メイクアップ、日焼け止め
- 食用色素:合成美白・光沢添加剤
触媒とフィルター
- 脱臭・空気清浄:揮発性有機化合物の除去
- 水処理:有機汚染物質の光触媒作用
- 太陽光発電:効率的な電荷キャリア収集
- セラミック膜:精密ろ過と生物付着防止
エネルギー貯蔵
- リチウムイオン電池:高いパワーと安定性
- 色素増感太陽電池:励起子発生用光アノード
- エレクトロクロミック装置:リバーシブル光透過率
バイオ医療機器
- バイオセンサー:バイオマーカー検出のための酵素固定化
- 骨インプラント:オッセオインテグレーション用生体活性表面
- 創傷被覆材:抗菌活性
酸化チタンナノ材料の産業別消費量
| 産業 | 推定使用量 |
|---|---|
| 塗料 | 50% |
| プラスチック | 20% |
| 紙 | 15% |
| 化粧品・パーソナルケア | 5% |
| 触媒 | 3% |
| セラミックス | 2% |
| その他 | 5% |
エレクトロニクス、エネルギー、生物医学のような新興分野での高度な用途が強い商業需要を牽引しており、塗料、プラスチック、製紙は成熟市場の代表である。
仕様 TiO2ナノパウダー 製品紹介
TiO2ナノパウダーは、用途に応じてカスタマイズされたさまざまなグレードのものが市販されている：
TiO2ナノパワー仕様
| パラメータ | 典型的な範囲 |
|---|---|
| 純度 | >99.5% |
| 粒子径 | 10-25 nm、10-30 nm、10-50 nm |
| 結晶構造 | アナターゼ、ルチル、混合相 |
| 形態学 | 球形、ファセット、ロッド、キューブ、シート、フラワー |
| 表面積 | 200-400 m2/g |
| かさ密度 | 0.15-0.3 g/cc |
| 真密度 | 3.9 g/cc |
| 屈折率 | 2.6-2.9 |
| オイル吸収 | 95-130 cm3/100g |
| pH値 | 5-7 |
| 白さ | >92% |
| 吸収開始 | <390 nm |
TiO2ナノパウダーのサイズバリエーション
| グレード | 粒子径 |
|---|---|
| 1 | ~10 nm |
| 2 | ~20 nm |
| 3 | ~30 nm |
| 4 | ~ 50 nm |
| 5 | ~100 nm |
アナターゼ型ナノTiO2が触媒用途に好まれるのに対し、ルチル型は主に顔料用である。粒子径が小さいほど紫外線を深く吸収できるが、保存性が低下する。ファセット形状は、球状に比べて光触媒活性が高い。
TiO2ナノ材料のサプライヤー
酸化チタンナノパウダーの主な世界的メーカーやサプライヤーには、以下のようなものがある：
酸化チタンナノパウダーの主要メーカー
| 会社概要 | 所在地 |
|---|---|
| シグマ・アルドリッチ | アメリカ |
| ナノ構造・アモルファス材料 | アメリカ |
| 米国研究 ナノ材料 | アメリカ |
| スカイスプリング ナノマテリアル | アメリカ |
| ナノシェル | アメリカ |
| アメリカの要素 | アメリカ |
| ホンウー・インターナショナル | 中国 |
| ナボンド・テクノロジーズ | 中国 |
| インテリジェント材料 | 中国 |
| イオリテック | ドイツ |
| メリオラム・テクノロジーズ | ウクライナ |
| トロノックス・リミテッド | グローバル |
| 株式会社テイカ | 日本 |
| 石原産業 | 日本 |
価格は、製品の純度、粒度分布、表面官能基化などに応じて、ラボスケールの研究用$10/gからバルクの商業用$50/kgまで幅広い。
酸化チタンナノ粒子の長所と短所
酸化チタンナノ粒子の利点:
- 顔料フォームよりも低用量で高い性能
- 新興分野における多機能先端アプリケーション
- 安定、無毒、生物学的に不活性
- 鉱物ルチルからのコスト効率の良い生産
酸化チタンナノ粒子の限界:
- 大規模製造の経験が少ない
- ナノ粒子の環境放出への懸念
- 不活性雰囲気での保管が必要
- アナターゼは700℃以上で光触媒的に不活性なルチルに変化する。
安全性、安定性、持続可能性を確保する必要がある一方で、TiO2ナノ構造の厳密な制御は、スマート光学コーティング、センサー、エネルギーハーベスティング、マイクロデバイスの統合などの可能性を開く。
よくあるご質問
Q.酸化チタンナノパウダーは何でできているのですか？
A.TiO2ナノパウダーは、少なくとも99.5%純度の二酸化チタンと、特定のグレードにおける微量のドーパントを含む100nm未満の粒子からなる。
Q.酸化チタンナノパウダーはどのように商業生産されるのですか？
A.製造方法には、加水分解、ゾル-ゲル合成、火炎噴霧熱分解、プラズマ合成、気相・液相反応などがある。
Q.ナノ酸化チタンにはどのようなグレードがありますか？
A.粒径、結晶相（アナターゼ、ルチル）、形態（球状、立方体、花状、シート状）、表面コーティングにより分類される市販グレード。
Q.どのような TiO2ナノパウダー 特別な取り扱いが必要か？
A.酸素／湿気を避けて不活性に保管し、取り扱い時にはPPEを使用し、環境放出を防止する。毒性の懸念はない。
Q.ナノ酸化チタンに関する潜在的な短所やリスクは何ですか？
A.経時的な貯蔵劣化、ナノ粒子の毒性懸念、初期の商品化における品質のばらつき。
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