کاربردهای نانوذرات تیتانیا
ارسال شده: 09 سپتامبر 2010 13:57
كاربردهاي نانوذرات TiO2 (تيتانيا):
1-صنايع:
عمده ترین مصرف تیتانیوم در صنایع به دو صورت فلزی و دی اكسیدتیتانیوم می‌باشد. فلز آن به دلیل مشكلات تهیه و خالص سازی آن مصرف چندانی ندارد، اما در عوض مصرف اكسید آن بصورت TiO2 در صنعت كاربرد بسیار گسترده ای دارد؛ بطوریكه 90 درصد از صنایع اولیه، مصرف كننده اكسید تیتانیوم می‌باشد.
• عمده ترين مصرف دی اكسید تیتانیوم در صنایع رنگ سازی به عنوان رنگدانه می باشد. تنها در حدود 5 % تولید سالانه جهانی تیتانیوم صرف تولید فلز تیتانیوم شده و 95% باقیمانده در تولید ماده رنگ دی اكسید تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد .این ماده دارای دو شکل آلوتروپی روتیل و آناتاز است که به واسطه رنگ سفید ، ضریب شکست بالا ( 49/2- 90/2 ) ، درخشندگی عالی ، بی اثر ( خنثی بودن ) و مقاومت سایشی و حرارتی بالای آن ، درجه دیرگدازی بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر به عنوان عمده ترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگ سازی ، کاغذسازی ، پلاستیک ، لاستیک و ... شناخته می شود و همچنین این ماده در صنایع سرامیك و الكترونیك كاربرد دارد رنگ ها با وجود اكسید تیتانیوم یك بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می سازند. مصرف این ماده در كشورهای پیشرفته تقریبا 10 برابر كشورهای در حال توسعه می‌باشد.
• از آنجایی كه این فلز مقاومت بالا، وزن سبك، مقاومت غیرعادی در برابر خوردگی وداراي توانایی ایستادگی در برابر دماهای بسیار بالا می باشد ،بنابراین به طور گسترده ای توسط اختر شناسان مورد استفاده قرار می گیرند.
• بخاطر مقاومت بالا در آب دریا، این فلز برای ساخت شفت ها (محور)ملخ هواپیما و پروانه كشتی استفاده می شود.
• دی اکسید تیتان در تهیه الیاف مصنوعی نیز استفاده می شود . پودر دی اکسید تیتان خالص به عنوان رنگدانه در فراورده های غذایی کاربرد دارد
2- سطوح خود تميز شونده:
فوتو كاتاليست ها ومواد فوق آب دوست كاربردهاي متعددي دارند. يكي ازكاربردهاي اين مواد،سطوح خودتميزشونده اعم ازشيشه،كاشي و سطوح ديواراست كه دربرخورد نورماوراءبنفش فعال شده وباتجزيه موادآلي يا ايجاد باندهاي ضعيف بين سطح وموادآلاينده به راحتي تميزمي شوند.(نورماوراءبنفش توسط TiO2 جذب شده وباO2ورطوبت هوا واكنش داده واكسيژن فعال توليد مي كند كه باعث اكسايش وتجزيه گازهاوموادآلي زايد وكشته شدن باكتري ها مي شود.قطرات فرودآمده برسطوح فعال به صورت فيلم يكپارچه اي پخش مي شود وبقاياي غبارهاي آزادرامي شويد كه به آن اثرقطرات غلتان يااثرنيلوفرآبي نيزمي گويند.)
3-خاصيت ضدمه گرفتگي:
اين خاصيت نيز ازآب دوستي TiO2 سرچشمه مي گيرد.مه گرفتگي سطح آيينه ها وشيشه ها وقتي اتفاق مي افتد كه بخارآب سرد روي اين سطح مي نشيندتاقطرات آب تشكيل دهد .روي يك سطح فوق آب دوست،قطره هاي آب تشكيل نمي شود.در واقع يك فيلم نازك آب به طوريكنواخت روي سطح تشكيل مي شود.اين فيلم يكنواخت آب مانع مه گرفتگي مي شود.وقتي سطح به حالت فوق آب دوست برود براي چندين روز يايك هفته حالت خودرابدون تغييرنگه مي دارد.بنابراين مي توان براي مثال ،انواع مختلف شيشه،آينه،عينك رابااين فناوري ضدمه كرد كه فرايندي بسيارساده وارزان است.ازنمونه هاي كاربردي آن نيزمي توان به ماشين هاي ساخت ژاپن،كه به آينه هاي بغل فوق آب دوست ضد مه مجهز شده انداشاره كرد.
4-تصفيه آب،هوا وياپسابهاي شيميايي:
الف:توليدغشاهاي تصفيه كننده:
پژوهشگران موفق به توليد غشاي تصفيه كننده اي شدند كه به دليل وجودنانوذرات دي اكسيد تيتانيوم(تيتانا)ازگرفتگي حفره ها توسط ذرات چربي وپروتئين جلوگيري مي كند ودرنتيجه طول عمربالاتري دارند.دراين روش ازخواص فوتو كاتاليستي و فوق آب دوستي تيتانا براي اصلاح سطح غشاهاي پلي اترسولفوني وايجادسطحي باخاصيت ضدگرفتگي بالا استفاده شده است.
استفاده درصنايعي چون لبني،آب وفاضلاب ازجمله كاربردهاي اين غشاذكرشده است.ازجمله مشكلات عديده اي كه كارخانجات سازنده غشاها وهچنين صنايع مصرف كنندهءآنها باآن درگير هستند،گرفتگي سطح وحفره هاي غشاها توسط پروتئين ها،چربي ها،باكتري ها،ويروسها وسايرعوامل ايجادكننده گرفتگي است كه اين امرموجب كاهش كارايي وعمرغشاها مي شود.
در اين پژوهش براي اصلاح ساختارغشا ازدوروش استفاده شده است.درحالت اول نانوذرات تيتانا به صورت محلول ساخته شده وبه غشا افزوده مي شوند.اما درحالت دوم، نانوذرات تيتانا بااستفاده ازروش غوطه وري،برروي غشاي اوليه پلي اترسولفون،پوشش داده مي شوند.سپس غشاها تحت تابش نورUV درمدت زمان معين قرار مي گيرند.
پوشش سطح غشا بااستفاده از نانوذرات دي اكسيدتيتانيوم ازميزان گرفتگي سطح آنهاتوسطعوامل مختلف به مقدارقابل توجهي مي كاهد.اين امربه دليل خواص همزمان فوتو كاتاليستي وفوق آب دوستي نانوذرات TiO2 است.
نانوذرات TiO2كه تحت تابش UV قرارگرفتند،مي توانند بيشترتركيبات آلي راتجزيه كنند ضمن آنكه آب دوستي سطح غشاها نيز بااستفاده از نانوذرات TiO2 زياد مي شود كه ميزان گرفتگي برروي چنين سطوحي كمتراست.
(مجلهScience Journal Of Membran جلد313،صفحات 158-159،سال20089 ((دانشگاه رازي كرمانشاه)
ب:تعيين COD:
الكترودهاي TiO2 قادربه تعيين ميزان اكسيژن موردنيازشيمياييCOD)) درآب بوده وبه صورت حسگرهايي جهت كنترل وپالايش آب آلوده بكارمي روند.
پ:سمزدايي:
نانوذرات TiO2مي توانند درمحلهاي مختلفي به كارروند كه عمل سم زدايي آب وهواراانجام دهند.اين نانوذرات به روش مهندسي باآلاينده هاي آلي،غيرآلي وبيولوژيك همچون فلزات سنگين،آفت كشهاي ارگانو سكرين،آرسنيك وفسفات هاي درون آب واكنش مي دهند.با اين حال TiO2 به نورماوراءبنفش احتياج دارد وفقط براي تصفيه كردن آب بكارمي رود.گروههاي تحقيقاتي مختلفي تلاش نمودند تابراين محدوديت غلبه كنند.برخلاف TiO2 نانوذرات نيمه هادي ازقبيل ZnOمي توانند درناحيه نورمرئي بكارروند.
ت:حذف آلوده كننده هاي رنگي اسيدي آلي وسموم دفع آفات كشاورزي ازپسابهاي صنايع نساجي وپسابهاي كشاورزي به روش تصفيه فتوكاتاليزوري با نانوذرات TiO2 – افزايش بازده حذف آلاينده هاي پساب نساجي با استفاده ازفيلم هاي كامپوزيتي نانوساختار TiO2(مجلهand water treatment Desalinationجلد3،صفحات 64-72 سال 2009) و(Hazardous Materials Journal Of جلد168،صفحات 451-457،سال2009)(دانشگاههاي تبريز واصفهان)
ث: افزايش سرعت تصفيه:
تحقيقات نشان داده است كه بازده حذف آلاينده هاي صنعتي به كمك فرايند نانوفتوكاتاليستي جريان برخوردي تا4برابرافزايش مي يابد.دررآكتورهاي طراحي شده براي تصفيه فتوكاتاليستي دو محدوديت انتقال فوتون براي فعال سازي كاتاليست وانتقال جرم وجوددارد.استفاده ازيك رآكتورجريان برخوردي درفرآيندنانو فتوكاتاليستي بااستفاده ازنانوذرات تيتانا مي تواند نسبت سطح مؤثربه حجم رآكتور رابهبود بخشيده ومقاومت انتقال جرم راكاهش داده ودرنتيجه باعث رفع محدوديت هاي ذكرشده شوند.(مجله Desalinationجلد253،صفحات57-61،سال2010)(دانشگاه صنعتي اميركبير)
ج:حذف فنل:
فنل یکی از ترکیبات آروماتیک بوده که بدلیل سمیت بالا و حضور آن در پسابهای صنایع بایستی نسبت به حذف آن و جلوگیری از آلودگی آبهای پذیرنده اقدام نمود. این ترکیب در حال حاضر با استفاده از فرآیندهای کربن فعال و بیولوژیکی حذف می شود. اخيرا"تحقيقاتي انجام شده كه به بررسی امکان تجزیه فتوکاتالیزوری فنل با استفاده از فرآیند UV / TiO2 و تبدیل آن به مواد پایدار نظیر آب و دی اکسید کربن مي پردازد.
در این تحقیق محلول فنل با غلظت 50 میلی گرم در لیتر در مراحل جداگانه در مجاورت هوا‚ اشعه ماورا بنفش و دی اکسید تیتانیوم و ترکیبی از هر سه مورد فوق قرار گرفته و تاثیر زمان مجاورت‚ pH و مقدار دی اکسید تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که در بین فرآیندهای مورد مطالعه حذف فنل, فرآیند ترکیبی هوادهی, اشعه ماورا بنفش همراه با دی اکسید تیتانیوم دارای بالاترین راندمان نسبت به سایر فرآیندها می باشد. این نتایج همچنین نشان می دهد که افزایش pH باعث افزایش راندمان حذف فنل می گردد. بالاترین راندمان در pH= 11 , زمان تماس 9 ساعت تابش UV و 1/0 گرم دی اکسید تیتانیم در حدود 83 % بدست آمد. همچنین مشخص گردید که راندمان حذف فنل بعد از 3 ساعت در pH فوق تنها 9 درصد کمتر می باشد.
با توجه به امکان بازیافت دی اکسید تیتانیوم از فرآیند, هزینه پایین و راندمان نسبتا بالا استفاده از روش فوق را می توان برای تصفیه پسابهای حاوی فنل توصیه نمود.( مقالههای OFIS - دانشگاه علوم پزشکی همدان )
• تخريب دي كلروفنل:
كلريدفنل ها(كلروفنل ها)درنتيجه فاضلابهاي صنعتي،سوزاندن زباله ها،مصرف بي رويه آفت كشها وگندزدايي آب باكلر درمحيط زيست واردمي شوند. كلروفنل ها نيز ممكن است درنتيجه اكسيداسيون جزئي تركيبات آروماتيك كه به طورطبيعي درآب توسط كلررخ مي دهند،درمحيط زيست تشكيل شوند. كلروفنل ها سمي وزيست تخريب ناپذير،درسطح اجزاي جانوري متراكم مي شوندودرزنجيرهءكامل غذايي تأثيرمي گذارند.ولذا بكارگيري AOPS(اكسيداسيون پيشرفته) براي تخريب كلروفنل ها تقويت مي شود.بازده AOPSبراي براي هرگونه اي ثابت است وبايدقبل ازبكارگيري تعيين شود.برخي كلروفنل ها توسط آژانس حفاظت ازمحيط زيست آمريكا اولويت بندي شدند كه يكي ازآنها 2و4-دي كلروفنل است. 2و4-دي كلروفنل هم محصول خميركاغذ وهم كاغذهاي صافي صنعتي بوده ودر محيط زيست ازطريق تخريب علف كشهاي كلروفنوكسي تشكيل مي گردد.تصورمي شودكه اين ماده سرطان زاباشد وبه كليه ها وچشم آسيب مي رساند. 2و4-دي كلروفنل به آساني ازطريق پوست جذب مي شودواگردرتماس باچشمها قرارگيرد باعث سوزش وكوري مي شود. 2و4-دي كلروفنل اگراستشمام شود به مخاط غشايي ودستگاه تنفسي آسيب مي رساند واگربلعيده شود ممكن است كشنده باشد.پرتودهي بالاي 2و4-دي كلروفنل سبب احساس سوختن،سردرد، تهوع، اختلالات معده وروده وكوري مي شود.
طي تحقيقاتي ازسيستم TiO2/اشعه UV مطابق تكنولوژي Batchبراي فتواكسيداسيون 2و4-دي كلروفنل استفاده شده است.دراين تحقيق كلروهيدروكينون و4-كلروفنل به عنوان محصولات جانبي شناخته شدند.تشكيل كلروهيدروكينون بيشتراز4-كلروفنل بود،اين مسئله به دكلراسيون حلقه فنل كه توسط افزايش سطح تراز يونهاي كلريدثابت شده،نسبت داده شد.
5-مصارف دارویی وپزشكي:
• پودر دی اکسید تیتان ( روتیل ) که از آن پراکسید تیتان ، سالسیلات تیتان و تانات تیتان تهیه می کنند ، عملی همانند اکسید روی بر روی پوست بدن ایجاد می کند .دی اکسید تیتان برای التیام سوزش های پوستی ساخت قاب کپسول های دارویی و پوشش قرص ها نیز استفاده می شود .ازاين نانوذرات براي دارورساني هدفمند استفاده مي كنند.
• نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید می‌توانند برخی از سلول‌های سرطانی را نابود کنند. ساخت نانودارویی برای سرطان مغز یکی از پیشرفت‌هایی است که برای درمان مؤثرتر سرطان مغز صورت گرفته، دانشمندان ایلینویز تکمیل اولین نانوذراتی را گزارش کرده‌اند که سلول‌های سرطانی مغز را یافته، تخریب میکنند، بدون آنکه به سلول‌های سالم آسیبی برسانند.
دانشمندان توجه ویژه‌ای به جست‌وجوی راهی برای درمان بیماریGBM (گلیوبلاستومای مولتی‌فورمی) دارند که اغلب موجب مرگ در طول فرایند تشخیص می‌شود.
مطالعات نشان می‌دهد که نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید می‌توانند برخی از سلول‌های سرطانی را هنگامی که به صورت شیمیایی در معرض نور فرابنفش قرار بگیرند، نابود کنند.
دانشمندان، مشکلات زیادی در ساخت نانوذراتی به عرض یک پنجاه هزارم قطر موی انسان داشته‌اند که بتواند سلول‌های سرطانی را شناسایی کرده، وارد آنها شود.
راه حل جدید دانشمندان، شامل اتصال شیمیایی نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید به یک آنتی‌بادی است که سلول‌های GBM را شناسایی کرده و به آنها می‌چسبد. چنانچه سلول‌هایGMB انسانی کشت‌شده در معرض این «نانوبیوهیبریدها» قرار گیرند، نانوذرات مذکور، حدود ۸۰ درصد از این سلول‌های سرطانی مغر را پس از پنج دقیقه که در معرض نور سفید متمرکز قرار گیرند، نابود میکند. این نانوذرات می‌توانند هنگام انجام عمل جراحی، در درمان سرطان مغز امیدوارکننده باشند.
• مهار رشد سلول‌هاي سرطاني به‌کمک نانوذرات دي‌اکسيدتيتانيم: پژوهشگران با مشاهده نتايج واکنش نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم با پروتئين ميکروتوبول مغز گوسفند، روشي را براي مهار رشد سلول‌هاي سرطاني پيشنهاد کردند.
براي مطالعه اثر نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم بر مکانيسم سلول‌ها، از واکنش نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم با پروتئين ميکروتوبول مغز گوسفند استفاده شده است. اين پروتئين شباهت زيادي با نوع انساني آن دارد و غير از مغز در همه بافت‌هاي بدن يافت مي‌شود. از سويي ديگر، اين پروتئين نقش زيادي در مکانيسم سلول‌ها داشته و هرگونه اختلال در آن، به‌عنوان عاملي مضر براي بدن به‌شمار مي‌آيد.
در اين پژوهش، نانوذره دي‌اکسيد تيتانيوم، يکبار تحت اشعه UVو بار ديگر بدون اشعه UV قرار گرفت که نتايج حاکي از آن است که نانوذره‌اي که تحت UV قرار گرفته‌است، باعث بريده شدن و از بين رفتن سلول‌هاي پروتئين نام برده، مي‌شوند. از اين‌رو، از نتايج اين پژوهش، مي‌توان در مهار رشد سلول‌هاي سرطاني بهره گرفت.
(مجله Acta Biochimica et Biophysica Sinicaجلد40، صفحات 782-777، سال2008)( دانشگاه تهران)
6-مصارف آرایشی وبهداشتي :
دی اکسید تیتان در ساخت وسایل آرایشی به کار می رود .مصرف سالیانه عنصر تیتانیوم و تركیبات آن، 105 تا 106 تن می باشد. تقریباً 95% تیتان به فرم اكسید تیتان TiO4 مصرف می شود و یك رنگدانه دایمی و به شدت سفید رنگ با قدرت پوششی خوب در رنگ ها مي باشد. .
-رنگ ها با وجود اكسید تیتانیوم یك بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می سازد و بدین جهت در ساختن کرم ها و لوسیون های ضد آفتاب ( ضد سوختگی ) استفاده می شود.
• ساخت مسواكهاي بدون خميردندان:
ژاپني هاموفق به ساخت خميردنداني شده اند كه نيازي به استفاده ازخميردندان ندارد. عملكرد این مسواك ، به یك خاصیت تیتانیم دی اكسید به نام خاصیت فوتوكاتالیتیك وابسته است . در دسته مسواك ، استوانه باریكی از جنس تیتانیم دی اكسید وجود دارد . تابش نور به این استوانه موجب آزاد شدن الكترون‌ها با بار منفی می شود كه ذرات باردار با بار مثبت را از جرم دندانی می ربایند و سبب واكنش اكسیداسیون می‌شوند . عمل مسواك زدن سبب می شود تا بزاق دهان دارای بار الكتریكی منفی شده و جرم دندان‌ها را جذب و تجزیه كند . هسته تیتانیم دی اكسید مسواك ، هرگز خاصیت خود را از دست نمی دهد ، اما سر مسواك باید پس از مدتی تعویض شود ، چرا كه موهای نایلونی برس مسواك از شكل می افتند
7- صنعت نساجي:
الف)محافظت دربرابر اشعه ماوراءبنفش:
تنها يك لايهءنازك TiO2 برروي سطح منسوج پنبه اي كافيست تاآن را دربرابراشعهءUV به خوبي محافظت كند.واين به خاطربالابودن سطح به جرم وحجم ذرات نانوست كه سبب افزايش مسدود كردن اشعهءUV مي شود.مدت ماندگاري اين اثرحدود50 بارپس ازشستشوي خانگيست.
ب)آنتي استاتيك:
ازآنجايي كه الياف سلولزي محتوي رطوبت بالايي هستند مي توانندبه راحتي الكتريسيته ساكن رادفع نمايند.مشخص شده است كه نانوذراتTiO2 به واسطهءقابليت هدايت الكتريكي به الياف مصنوعي خاصيت آنتي استاتيك مي بخشند.
پ)مقاومت دربرابرچروك:
براي مقابله بامحدوديت هاي موجود دراستفاده ازرزين ها،برخي ازمحققين ازنانوذرات تيتانا استفاده نمودند وبااستفاده ازذرات نانو سيليكا ابريشم وسلولزرادربرابر چروك مقاوم نمودند.
8-صنعت چوب
الف) محافظت دربرابر اشعه:
UV بااضافه كردن تنها 5درصد ازنانوذرات تيتانا به چوب،آن رادربرابرتابش UV محافظت نموده وازسرايت پوسيدگي به لايه هاي مختلف چوب جلوگيري مي شود وعلاوه برآن ظاهرچوب رازيباتر ميكند.
ب)آزادسازي تدريجي تركيبات بااهميت:
نانوذرات توان آزادسازي مداوم آفت كشها وقارچ كشها دريك ساختارپليمري رانيزدارا هستند.اين روش كه درآن آفت كش هاوقارچ كشها رابه صورت كپسولهايي درون روكش قرارمي دهند،به منظورآزادسازي زمان بندي شده،ابداع شده است.ساختارهاي ميكرو حفره اي ساخته شده از نانوذرات تيتانا نقش بسياركليدي درسازوكارهاي آزادسازي مرحله اي به عهده دارند.پوشش هاي داراي اين ذرات دربرابر نفوذ وتكثيرجلبك ها نفوذناپذيرند.
پ)نگهداري چوب:
استفاده ازTimber-كه يك پارچه تلقيح شده بامس،كروم وآرسنيك است-براي مصارف مسكوني ممنوع شده است وصنعت توليد كننده آن براي يافتن جايگزيني براي آن تلتش مي كند.بااستفاده ازروشهاي اشباع مناسب،نانوذرات قادرند به درون ساختارچوب نفوذ كنند واين درحاليست كه تأثيروجود نانوذراتي مانند دي اكسيدتيتانيوم،اكسيدروي ويااسيدمس درنگهدارنده هاي چوب،درافزايش دوام چوب اثبات شده است.
9-شناسايي مجرمين:
پژوهشگران استراليايي موفق به کشف روش جديدي براي ظهور آثار انگشت پنهان روي سطوح بدون حفره، مانند پلاستيک، فلز و سطوح شيشه اي رنگي و... شده اند. معمولاً براي ظاهر کردن آثار انگشت پنهان روي سطوح بدون حفره از پودرهاي معمولي استفاده مي شود. اين پودرها به باقي مانده ي چربي يا آبي اثر انگشت چسبيده، يک اثر پايدار و مرئي را براي عکاسي تشکيل مي دهد. ترکيب کشف شده شامل نانوذرات اکسيد تيتانيم است که به دليل داشتن خواص بصري، الکتريکي و فوتوکاتاليزوري، به طور گسترده اي مطالعه شده است.
ممکن است بتوان از اين نانوذرات به صورت يک خمير نقاشي، اسپري محلول يا حتي به صورت شناور در يک شناساگر ويژه استفاده کرد، حتي شايد بتوان با استفاده از آن اثر انگشت روي سطوح چسبناک و خارجي نوارهاي الکتريکي تيره رنگ و نوارهاي لوله اي را نيز آشکار ساخت. به هر حال از خواص مهم اين ماده، جذب سطحي ترکيب ها و عمل کردن آن به عنوان يک درخشان کننده ي نوري است که مي تواند براي کارشناسان قانوني بسيار جالب توجه باشد.
دانشمندان استراليايي از مزدوج شدن نانوذرات اکسيد تيتانيم با رنگ دانه هاي بسيار پايدار مثل پريلين و پريلين دي آمين استفاده کرده اند. محدوده ي جذبي اين رنگ دانه ها در گستره ي طول موج ها قرمز تا بنفش و حتي سياه قرار مي گيرد. اين پژوهشگران پيش بيني کرده اند که ترکيب کردن ذرات اکسيد تيتانيم با يک رنگ دانه ي فلورسنت قوي حاوي استخلاف هاي چربي دوست، کارايي اکسيد تيتانيم را در آشکار کردن آثار انگشت پنهان افزايش مي دهد.
در پايان اين بررسي، پژوهشگران با استفاده از اولئيل آمين و 10، 9، 4، 3- پريلين تتراکربوکسيليک دي انيدريد، موفق به تهيه ي مشتق جديد پريلين دي ايميد شدند و پس از پوشش دادن نانو ذرات اکسيد تيتانيم با اين رنگ دانه ي جديد، متوجه شدند که اين ترکيب چندسازه در محدوده ي 700-650 نانومتر، فلورسانس قوي اي را نشان داده، در طول موج 505 نانومتر (سبز – آبي) برانگيخته مي شود. با وجود اين ويژگي ها اما نمي توان از آن براي ظهور آثار انگشت روي سطوح چوبي استفاده کرد. بر اين اساس دانشمندان در حال بررسي ديگر نانوذرات اکسيد فلزي قابل استفاده براي سطوح چوبي و سطوح ديگر هستند.
10-ساختمان:
الف:تصفيه كننده هواي داخل ساختمان ها:
اين دستگاه تصفیه ی هوابسیار سبک مي باشد، گازهای مضر ناشی از سوخت یا دود توتون، ذرات آلرژی‌زا، بوی کپک‌زدگی یا ماندگی و دود پلاستیک‌ها، رنگ‌ها و روغن‌ها و عطرها و تمیزکننده‌ها را تجزیه میکند و مواد شیمیایی آلی فرار (VOCs) و آئروسل‌های زیستی را که غلظت آن ها داخل منزل بیشتر از محیط بیرون است، اکسید میکند و نیز موجب از بین رفتن میکروب ها ، ویروس ها و قارچ ها می‌شود .این دستگاه هیچ فیلتری برای جایگزینی یا صفحات جمع‌کننده ای برای تمیزکردن ندارد و اوزون نیز تولید نمی‌کند.
• (فیلترهای HEPA آلودگی ها را به دام انداخته و نمیتوانند آن ها را اکسید کنند و مناسب نیستند. بطور کلی فیلترها نیاز به جایگزینی دارند که هزینه زیادی ایجاد میکنند، تصفیه‌کننده‌های الکترونیکی هوا نیز شامل یونیزه‌کننده‌ها و تولیدکننده اوزون می‌‌باشند. یونیزه‌کننده‌ها غبارها را باردار میکند که در سطح اتاق‌ها یا روی صفحات فلزی جمع می‌شوند و غالباً نیاز به تمیزکردن دارند. این یونیزه‌کننده‌ها نمیتوانند گازها یا بوها را برطرف کنند و ممکن است اوزون نیز تولید کنند.) قدرت اکسید کنندگی اوزون به اندازه قدرت اکسیدکنندگی فوتوکاتالیست‌های اکسید تیتانیم نمی‌‌باشد و سمی بوده و می‌تواند تنگی نفس را حادتر کند. در حالیکه اين تصفيه كننده ها هیچ ماده مخاطره‌آمیزی برای پوست و چشم تولید نمی‌کند.
• تصفیه‌کننده‌هایی که از نور ماوراءبنفش استفاده میکنند،از پرتوهای ماوراءبنفش نوع C برای کشتن میکروب‌ها با نابودکردن DNA آنها استفاده میکنند که این پرتوها برای تمام موجودات زنده خطرناک می‌‌باشند و تولید اوزون میکنند ، در صورتيكه دستگاه نانويي فوق از لوله‌های نوری ماوراءبنفش A استفاده میکند. سطح بیرونی این لوله‌ها از یک لایه نازک فوتوکاتالیستی اکسیدتیتانیم پوشانده شده است، که همه نور ماوراءبنفش را جذب میکند.
جزء اصلی و فعال تصفیه کننده‌های هوای ذكرشده را نوعی نانولوله تشکیل می‌دهد. این لوله را داخل حلقه فایبرگلاس پوشیده با لایه‌ای از بلورهای نیمه هادی دی‌اکسید تیتانیوم، با ابعاد 40 نانومتر قرار می‌دهند. تابش پرتوهای UV موجب باردار شدن این بلورها می‌شود؛ در نتیجه عوامل اکسید کننده قوی‌ای ایجاد می‌شوند به طوری که با چرخش هوا در سطح این لوله، آلودگی‌های موجود در هوا از بین خواهند رفت.
زمان لازم برای کاهش 50 درصدی غلظت آلوده کننده ها از 2 تا 38 دقیقه است که N-hexane که یکی از عمده ترین این آلوده کننده ها است در طی 7 دقیقه به غلظت %50 تقلیل می‌یابد. (NanoBreeze محصول شركت Technologies Nanotwin)
ب:ساخت شيشه ونمايشگرهاي تلويزيوني:
شيشه هايي توليد شده اند كه براي متعادل کردن گرما و نور اتاق كاربرد دارند و تنها زمانی که نور شدت دارد درست مانند عینک های فتوکرومیک دودی مي شوند.
(امروزه این کار با استفاده از الکتروکروماتیک ها انجام می شود که موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کنند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد می شود و کاری می کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه های پنجره استفاده می شود.
زمانی که نور خورشید به شیشه ها می تابد جریان الکتریکی برقرار و سبب می شود تا یونها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را کدر و تیره نمایند. با قطع الکتریسته فرایند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً شفاف می‌شود. یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که می توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد. )
اساس نمایشگرهای نانوکروماتیك درست مانند آنچه در الکتروکروماتیکها شرح داده شد می باشد با این تفاوت که در ساخت آنها از فناوری نانو استفاده شده است. نانوکروماتیکها دارای ذراتی در مقیاس نانو هستند که می توانند به سرعت روشن و خاموش شوند. پایداری دو طرفه فرآیند سبب می شود که در مصرف انرژی نیز صرفه جویی شود. در این نوع از نمایشگرها از دی اکسید تیتانیوم (ماده شیمیایی که سبب سفید شدن کاغذ می‌شود) استفاده شده که کانتراست خوبی دارد. این نوع از نمایشگرها در آینده ای نه چندان دور جایگزین نمایشگرهای فعلی شده و تحول عظیم در دنیای تلویزیون و نمایشگرها ایجاد می کند.
منابع: www.nano.ir ستادويژه توسعه فناوري نانو
www.insf.org
كتاب مقدمه اي برنانوتكنولوژي مؤلفان:سيداحمدسادات نوري ومهديه خداياري
ماهنامه فناوري نانو سال پنجم شماره107
1-صنايع:
عمده ترین مصرف تیتانیوم در صنایع به دو صورت فلزی و دی اكسیدتیتانیوم می‌باشد. فلز آن به دلیل مشكلات تهیه و خالص سازی آن مصرف چندانی ندارد، اما در عوض مصرف اكسید آن بصورت TiO2 در صنعت كاربرد بسیار گسترده ای دارد؛ بطوریكه 90 درصد از صنایع اولیه، مصرف كننده اكسید تیتانیوم می‌باشد.
• عمده ترين مصرف دی اكسید تیتانیوم در صنایع رنگ سازی به عنوان رنگدانه می باشد. تنها در حدود 5 % تولید سالانه جهانی تیتانیوم صرف تولید فلز تیتانیوم شده و 95% باقیمانده در تولید ماده رنگ دی اكسید تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد .این ماده دارای دو شکل آلوتروپی روتیل و آناتاز است که به واسطه رنگ سفید ، ضریب شکست بالا ( 49/2- 90/2 ) ، درخشندگی عالی ، بی اثر ( خنثی بودن ) و مقاومت سایشی و حرارتی بالای آن ، درجه دیرگدازی بالا و توان زیاد در توزیع و انتشار یکنواخت در ترکیبات دیگر به عنوان عمده ترین ماده اولیه رنگ سفید در صنایع رنگ سازی ، کاغذسازی ، پلاستیک ، لاستیک و ... شناخته می شود و همچنین این ماده در صنایع سرامیك و الكترونیك كاربرد دارد رنگ ها با وجود اكسید تیتانیوم یك بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می سازند. مصرف این ماده در كشورهای پیشرفته تقریبا 10 برابر كشورهای در حال توسعه می‌باشد.
• از آنجایی كه این فلز مقاومت بالا، وزن سبك، مقاومت غیرعادی در برابر خوردگی وداراي توانایی ایستادگی در برابر دماهای بسیار بالا می باشد ،بنابراین به طور گسترده ای توسط اختر شناسان مورد استفاده قرار می گیرند.
• بخاطر مقاومت بالا در آب دریا، این فلز برای ساخت شفت ها (محور)ملخ هواپیما و پروانه كشتی استفاده می شود.
• دی اکسید تیتان در تهیه الیاف مصنوعی نیز استفاده می شود . پودر دی اکسید تیتان خالص به عنوان رنگدانه در فراورده های غذایی کاربرد دارد
2- سطوح خود تميز شونده:
فوتو كاتاليست ها ومواد فوق آب دوست كاربردهاي متعددي دارند. يكي ازكاربردهاي اين مواد،سطوح خودتميزشونده اعم ازشيشه،كاشي و سطوح ديواراست كه دربرخورد نورماوراءبنفش فعال شده وباتجزيه موادآلي يا ايجاد باندهاي ضعيف بين سطح وموادآلاينده به راحتي تميزمي شوند.(نورماوراءبنفش توسط TiO2 جذب شده وباO2ورطوبت هوا واكنش داده واكسيژن فعال توليد مي كند كه باعث اكسايش وتجزيه گازهاوموادآلي زايد وكشته شدن باكتري ها مي شود.قطرات فرودآمده برسطوح فعال به صورت فيلم يكپارچه اي پخش مي شود وبقاياي غبارهاي آزادرامي شويد كه به آن اثرقطرات غلتان يااثرنيلوفرآبي نيزمي گويند.)
3-خاصيت ضدمه گرفتگي:
اين خاصيت نيز ازآب دوستي TiO2 سرچشمه مي گيرد.مه گرفتگي سطح آيينه ها وشيشه ها وقتي اتفاق مي افتد كه بخارآب سرد روي اين سطح مي نشيندتاقطرات آب تشكيل دهد .روي يك سطح فوق آب دوست،قطره هاي آب تشكيل نمي شود.در واقع يك فيلم نازك آب به طوريكنواخت روي سطح تشكيل مي شود.اين فيلم يكنواخت آب مانع مه گرفتگي مي شود.وقتي سطح به حالت فوق آب دوست برود براي چندين روز يايك هفته حالت خودرابدون تغييرنگه مي دارد.بنابراين مي توان براي مثال ،انواع مختلف شيشه،آينه،عينك رابااين فناوري ضدمه كرد كه فرايندي بسيارساده وارزان است.ازنمونه هاي كاربردي آن نيزمي توان به ماشين هاي ساخت ژاپن،كه به آينه هاي بغل فوق آب دوست ضد مه مجهز شده انداشاره كرد.
4-تصفيه آب،هوا وياپسابهاي شيميايي:
الف:توليدغشاهاي تصفيه كننده:
پژوهشگران موفق به توليد غشاي تصفيه كننده اي شدند كه به دليل وجودنانوذرات دي اكسيد تيتانيوم(تيتانا)ازگرفتگي حفره ها توسط ذرات چربي وپروتئين جلوگيري مي كند ودرنتيجه طول عمربالاتري دارند.دراين روش ازخواص فوتو كاتاليستي و فوق آب دوستي تيتانا براي اصلاح سطح غشاهاي پلي اترسولفوني وايجادسطحي باخاصيت ضدگرفتگي بالا استفاده شده است.
استفاده درصنايعي چون لبني،آب وفاضلاب ازجمله كاربردهاي اين غشاذكرشده است.ازجمله مشكلات عديده اي كه كارخانجات سازنده غشاها وهچنين صنايع مصرف كنندهءآنها باآن درگير هستند،گرفتگي سطح وحفره هاي غشاها توسط پروتئين ها،چربي ها،باكتري ها،ويروسها وسايرعوامل ايجادكننده گرفتگي است كه اين امرموجب كاهش كارايي وعمرغشاها مي شود.
در اين پژوهش براي اصلاح ساختارغشا ازدوروش استفاده شده است.درحالت اول نانوذرات تيتانا به صورت محلول ساخته شده وبه غشا افزوده مي شوند.اما درحالت دوم، نانوذرات تيتانا بااستفاده ازروش غوطه وري،برروي غشاي اوليه پلي اترسولفون،پوشش داده مي شوند.سپس غشاها تحت تابش نورUV درمدت زمان معين قرار مي گيرند.
پوشش سطح غشا بااستفاده از نانوذرات دي اكسيدتيتانيوم ازميزان گرفتگي سطح آنهاتوسطعوامل مختلف به مقدارقابل توجهي مي كاهد.اين امربه دليل خواص همزمان فوتو كاتاليستي وفوق آب دوستي نانوذرات TiO2 است.
نانوذرات TiO2كه تحت تابش UV قرارگرفتند،مي توانند بيشترتركيبات آلي راتجزيه كنند ضمن آنكه آب دوستي سطح غشاها نيز بااستفاده از نانوذرات TiO2 زياد مي شود كه ميزان گرفتگي برروي چنين سطوحي كمتراست.
(مجلهScience Journal Of Membran جلد313،صفحات 158-159،سال20089 ((دانشگاه رازي كرمانشاه)
ب:تعيين COD:
الكترودهاي TiO2 قادربه تعيين ميزان اكسيژن موردنيازشيمياييCOD)) درآب بوده وبه صورت حسگرهايي جهت كنترل وپالايش آب آلوده بكارمي روند.
پ:سمزدايي:
نانوذرات TiO2مي توانند درمحلهاي مختلفي به كارروند كه عمل سم زدايي آب وهواراانجام دهند.اين نانوذرات به روش مهندسي باآلاينده هاي آلي،غيرآلي وبيولوژيك همچون فلزات سنگين،آفت كشهاي ارگانو سكرين،آرسنيك وفسفات هاي درون آب واكنش مي دهند.با اين حال TiO2 به نورماوراءبنفش احتياج دارد وفقط براي تصفيه كردن آب بكارمي رود.گروههاي تحقيقاتي مختلفي تلاش نمودند تابراين محدوديت غلبه كنند.برخلاف TiO2 نانوذرات نيمه هادي ازقبيل ZnOمي توانند درناحيه نورمرئي بكارروند.
ت:حذف آلوده كننده هاي رنگي اسيدي آلي وسموم دفع آفات كشاورزي ازپسابهاي صنايع نساجي وپسابهاي كشاورزي به روش تصفيه فتوكاتاليزوري با نانوذرات TiO2 – افزايش بازده حذف آلاينده هاي پساب نساجي با استفاده ازفيلم هاي كامپوزيتي نانوساختار TiO2(مجلهand water treatment Desalinationجلد3،صفحات 64-72 سال 2009) و(Hazardous Materials Journal Of جلد168،صفحات 451-457،سال2009)(دانشگاههاي تبريز واصفهان)
ث: افزايش سرعت تصفيه:
تحقيقات نشان داده است كه بازده حذف آلاينده هاي صنعتي به كمك فرايند نانوفتوكاتاليستي جريان برخوردي تا4برابرافزايش مي يابد.دررآكتورهاي طراحي شده براي تصفيه فتوكاتاليستي دو محدوديت انتقال فوتون براي فعال سازي كاتاليست وانتقال جرم وجوددارد.استفاده ازيك رآكتورجريان برخوردي درفرآيندنانو فتوكاتاليستي بااستفاده ازنانوذرات تيتانا مي تواند نسبت سطح مؤثربه حجم رآكتور رابهبود بخشيده ومقاومت انتقال جرم راكاهش داده ودرنتيجه باعث رفع محدوديت هاي ذكرشده شوند.(مجله Desalinationجلد253،صفحات57-61،سال2010)(دانشگاه صنعتي اميركبير)
ج:حذف فنل:
فنل یکی از ترکیبات آروماتیک بوده که بدلیل سمیت بالا و حضور آن در پسابهای صنایع بایستی نسبت به حذف آن و جلوگیری از آلودگی آبهای پذیرنده اقدام نمود. این ترکیب در حال حاضر با استفاده از فرآیندهای کربن فعال و بیولوژیکی حذف می شود. اخيرا"تحقيقاتي انجام شده كه به بررسی امکان تجزیه فتوکاتالیزوری فنل با استفاده از فرآیند UV / TiO2 و تبدیل آن به مواد پایدار نظیر آب و دی اکسید کربن مي پردازد.
در این تحقیق محلول فنل با غلظت 50 میلی گرم در لیتر در مراحل جداگانه در مجاورت هوا‚ اشعه ماورا بنفش و دی اکسید تیتانیوم و ترکیبی از هر سه مورد فوق قرار گرفته و تاثیر زمان مجاورت‚ pH و مقدار دی اکسید تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که در بین فرآیندهای مورد مطالعه حذف فنل, فرآیند ترکیبی هوادهی, اشعه ماورا بنفش همراه با دی اکسید تیتانیوم دارای بالاترین راندمان نسبت به سایر فرآیندها می باشد. این نتایج همچنین نشان می دهد که افزایش pH باعث افزایش راندمان حذف فنل می گردد. بالاترین راندمان در pH= 11 , زمان تماس 9 ساعت تابش UV و 1/0 گرم دی اکسید تیتانیم در حدود 83 % بدست آمد. همچنین مشخص گردید که راندمان حذف فنل بعد از 3 ساعت در pH فوق تنها 9 درصد کمتر می باشد.
با توجه به امکان بازیافت دی اکسید تیتانیوم از فرآیند, هزینه پایین و راندمان نسبتا بالا استفاده از روش فوق را می توان برای تصفیه پسابهای حاوی فنل توصیه نمود.( مقالههای OFIS - دانشگاه علوم پزشکی همدان )
• تخريب دي كلروفنل:
كلريدفنل ها(كلروفنل ها)درنتيجه فاضلابهاي صنعتي،سوزاندن زباله ها،مصرف بي رويه آفت كشها وگندزدايي آب باكلر درمحيط زيست واردمي شوند. كلروفنل ها نيز ممكن است درنتيجه اكسيداسيون جزئي تركيبات آروماتيك كه به طورطبيعي درآب توسط كلررخ مي دهند،درمحيط زيست تشكيل شوند. كلروفنل ها سمي وزيست تخريب ناپذير،درسطح اجزاي جانوري متراكم مي شوندودرزنجيرهءكامل غذايي تأثيرمي گذارند.ولذا بكارگيري AOPS(اكسيداسيون پيشرفته) براي تخريب كلروفنل ها تقويت مي شود.بازده AOPSبراي براي هرگونه اي ثابت است وبايدقبل ازبكارگيري تعيين شود.برخي كلروفنل ها توسط آژانس حفاظت ازمحيط زيست آمريكا اولويت بندي شدند كه يكي ازآنها 2و4-دي كلروفنل است. 2و4-دي كلروفنل هم محصول خميركاغذ وهم كاغذهاي صافي صنعتي بوده ودر محيط زيست ازطريق تخريب علف كشهاي كلروفنوكسي تشكيل مي گردد.تصورمي شودكه اين ماده سرطان زاباشد وبه كليه ها وچشم آسيب مي رساند. 2و4-دي كلروفنل به آساني ازطريق پوست جذب مي شودواگردرتماس باچشمها قرارگيرد باعث سوزش وكوري مي شود. 2و4-دي كلروفنل اگراستشمام شود به مخاط غشايي ودستگاه تنفسي آسيب مي رساند واگربلعيده شود ممكن است كشنده باشد.پرتودهي بالاي 2و4-دي كلروفنل سبب احساس سوختن،سردرد، تهوع، اختلالات معده وروده وكوري مي شود.
طي تحقيقاتي ازسيستم TiO2/اشعه UV مطابق تكنولوژي Batchبراي فتواكسيداسيون 2و4-دي كلروفنل استفاده شده است.دراين تحقيق كلروهيدروكينون و4-كلروفنل به عنوان محصولات جانبي شناخته شدند.تشكيل كلروهيدروكينون بيشتراز4-كلروفنل بود،اين مسئله به دكلراسيون حلقه فنل كه توسط افزايش سطح تراز يونهاي كلريدثابت شده،نسبت داده شد.
5-مصارف دارویی وپزشكي:
• پودر دی اکسید تیتان ( روتیل ) که از آن پراکسید تیتان ، سالسیلات تیتان و تانات تیتان تهیه می کنند ، عملی همانند اکسید روی بر روی پوست بدن ایجاد می کند .دی اکسید تیتان برای التیام سوزش های پوستی ساخت قاب کپسول های دارویی و پوشش قرص ها نیز استفاده می شود .ازاين نانوذرات براي دارورساني هدفمند استفاده مي كنند.
• نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید می‌توانند برخی از سلول‌های سرطانی را نابود کنند. ساخت نانودارویی برای سرطان مغز یکی از پیشرفت‌هایی است که برای درمان مؤثرتر سرطان مغز صورت گرفته، دانشمندان ایلینویز تکمیل اولین نانوذراتی را گزارش کرده‌اند که سلول‌های سرطانی مغز را یافته، تخریب میکنند، بدون آنکه به سلول‌های سالم آسیبی برسانند.
دانشمندان توجه ویژه‌ای به جست‌وجوی راهی برای درمان بیماریGBM (گلیوبلاستومای مولتی‌فورمی) دارند که اغلب موجب مرگ در طول فرایند تشخیص می‌شود.
مطالعات نشان می‌دهد که نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید می‌توانند برخی از سلول‌های سرطانی را هنگامی که به صورت شیمیایی در معرض نور فرابنفش قرار بگیرند، نابود کنند.
دانشمندان، مشکلات زیادی در ساخت نانوذراتی به عرض یک پنجاه هزارم قطر موی انسان داشته‌اند که بتواند سلول‌های سرطانی را شناسایی کرده، وارد آنها شود.
راه حل جدید دانشمندان، شامل اتصال شیمیایی نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید به یک آنتی‌بادی است که سلول‌های GBM را شناسایی کرده و به آنها می‌چسبد. چنانچه سلول‌هایGMB انسانی کشت‌شده در معرض این «نانوبیوهیبریدها» قرار گیرند، نانوذرات مذکور، حدود ۸۰ درصد از این سلول‌های سرطانی مغر را پس از پنج دقیقه که در معرض نور سفید متمرکز قرار گیرند، نابود میکند. این نانوذرات می‌توانند هنگام انجام عمل جراحی، در درمان سرطان مغز امیدوارکننده باشند.
• مهار رشد سلول‌هاي سرطاني به‌کمک نانوذرات دي‌اکسيدتيتانيم: پژوهشگران با مشاهده نتايج واکنش نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم با پروتئين ميکروتوبول مغز گوسفند، روشي را براي مهار رشد سلول‌هاي سرطاني پيشنهاد کردند.
براي مطالعه اثر نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم بر مکانيسم سلول‌ها، از واکنش نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم با پروتئين ميکروتوبول مغز گوسفند استفاده شده است. اين پروتئين شباهت زيادي با نوع انساني آن دارد و غير از مغز در همه بافت‌هاي بدن يافت مي‌شود. از سويي ديگر، اين پروتئين نقش زيادي در مکانيسم سلول‌ها داشته و هرگونه اختلال در آن، به‌عنوان عاملي مضر براي بدن به‌شمار مي‌آيد.
در اين پژوهش، نانوذره دي‌اکسيد تيتانيوم، يکبار تحت اشعه UVو بار ديگر بدون اشعه UV قرار گرفت که نتايج حاکي از آن است که نانوذره‌اي که تحت UV قرار گرفته‌است، باعث بريده شدن و از بين رفتن سلول‌هاي پروتئين نام برده، مي‌شوند. از اين‌رو، از نتايج اين پژوهش، مي‌توان در مهار رشد سلول‌هاي سرطاني بهره گرفت.
(مجله Acta Biochimica et Biophysica Sinicaجلد40، صفحات 782-777، سال2008)( دانشگاه تهران)
6-مصارف آرایشی وبهداشتي :
دی اکسید تیتان در ساخت وسایل آرایشی به کار می رود .مصرف سالیانه عنصر تیتانیوم و تركیبات آن، 105 تا 106 تن می باشد. تقریباً 95% تیتان به فرم اكسید تیتان TiO4 مصرف می شود و یك رنگدانه دایمی و به شدت سفید رنگ با قدرت پوششی خوب در رنگ ها مي باشد. .
-رنگ ها با وجود اكسید تیتانیوم یك بازتابنده بسیار عالی اشعه مادون قرمز را می سازد و بدین جهت در ساختن کرم ها و لوسیون های ضد آفتاب ( ضد سوختگی ) استفاده می شود.
• ساخت مسواكهاي بدون خميردندان:
ژاپني هاموفق به ساخت خميردنداني شده اند كه نيازي به استفاده ازخميردندان ندارد. عملكرد این مسواك ، به یك خاصیت تیتانیم دی اكسید به نام خاصیت فوتوكاتالیتیك وابسته است . در دسته مسواك ، استوانه باریكی از جنس تیتانیم دی اكسید وجود دارد . تابش نور به این استوانه موجب آزاد شدن الكترون‌ها با بار منفی می شود كه ذرات باردار با بار مثبت را از جرم دندانی می ربایند و سبب واكنش اكسیداسیون می‌شوند . عمل مسواك زدن سبب می شود تا بزاق دهان دارای بار الكتریكی منفی شده و جرم دندان‌ها را جذب و تجزیه كند . هسته تیتانیم دی اكسید مسواك ، هرگز خاصیت خود را از دست نمی دهد ، اما سر مسواك باید پس از مدتی تعویض شود ، چرا كه موهای نایلونی برس مسواك از شكل می افتند
7- صنعت نساجي:
الف)محافظت دربرابر اشعه ماوراءبنفش:
تنها يك لايهءنازك TiO2 برروي سطح منسوج پنبه اي كافيست تاآن را دربرابراشعهءUV به خوبي محافظت كند.واين به خاطربالابودن سطح به جرم وحجم ذرات نانوست كه سبب افزايش مسدود كردن اشعهءUV مي شود.مدت ماندگاري اين اثرحدود50 بارپس ازشستشوي خانگيست.
ب)آنتي استاتيك:
ازآنجايي كه الياف سلولزي محتوي رطوبت بالايي هستند مي توانندبه راحتي الكتريسيته ساكن رادفع نمايند.مشخص شده است كه نانوذراتTiO2 به واسطهءقابليت هدايت الكتريكي به الياف مصنوعي خاصيت آنتي استاتيك مي بخشند.
پ)مقاومت دربرابرچروك:
براي مقابله بامحدوديت هاي موجود دراستفاده ازرزين ها،برخي ازمحققين ازنانوذرات تيتانا استفاده نمودند وبااستفاده ازذرات نانو سيليكا ابريشم وسلولزرادربرابر چروك مقاوم نمودند.
8-صنعت چوب
الف) محافظت دربرابر اشعه:
UV بااضافه كردن تنها 5درصد ازنانوذرات تيتانا به چوب،آن رادربرابرتابش UV محافظت نموده وازسرايت پوسيدگي به لايه هاي مختلف چوب جلوگيري مي شود وعلاوه برآن ظاهرچوب رازيباتر ميكند.
ب)آزادسازي تدريجي تركيبات بااهميت:
نانوذرات توان آزادسازي مداوم آفت كشها وقارچ كشها دريك ساختارپليمري رانيزدارا هستند.اين روش كه درآن آفت كش هاوقارچ كشها رابه صورت كپسولهايي درون روكش قرارمي دهند،به منظورآزادسازي زمان بندي شده،ابداع شده است.ساختارهاي ميكرو حفره اي ساخته شده از نانوذرات تيتانا نقش بسياركليدي درسازوكارهاي آزادسازي مرحله اي به عهده دارند.پوشش هاي داراي اين ذرات دربرابر نفوذ وتكثيرجلبك ها نفوذناپذيرند.
پ)نگهداري چوب:
استفاده ازTimber-كه يك پارچه تلقيح شده بامس،كروم وآرسنيك است-براي مصارف مسكوني ممنوع شده است وصنعت توليد كننده آن براي يافتن جايگزيني براي آن تلتش مي كند.بااستفاده ازروشهاي اشباع مناسب،نانوذرات قادرند به درون ساختارچوب نفوذ كنند واين درحاليست كه تأثيروجود نانوذراتي مانند دي اكسيدتيتانيوم،اكسيدروي ويااسيدمس درنگهدارنده هاي چوب،درافزايش دوام چوب اثبات شده است.
9-شناسايي مجرمين:
پژوهشگران استراليايي موفق به کشف روش جديدي براي ظهور آثار انگشت پنهان روي سطوح بدون حفره، مانند پلاستيک، فلز و سطوح شيشه اي رنگي و... شده اند. معمولاً براي ظاهر کردن آثار انگشت پنهان روي سطوح بدون حفره از پودرهاي معمولي استفاده مي شود. اين پودرها به باقي مانده ي چربي يا آبي اثر انگشت چسبيده، يک اثر پايدار و مرئي را براي عکاسي تشکيل مي دهد. ترکيب کشف شده شامل نانوذرات اکسيد تيتانيم است که به دليل داشتن خواص بصري، الکتريکي و فوتوکاتاليزوري، به طور گسترده اي مطالعه شده است.
ممکن است بتوان از اين نانوذرات به صورت يک خمير نقاشي، اسپري محلول يا حتي به صورت شناور در يک شناساگر ويژه استفاده کرد، حتي شايد بتوان با استفاده از آن اثر انگشت روي سطوح چسبناک و خارجي نوارهاي الکتريکي تيره رنگ و نوارهاي لوله اي را نيز آشکار ساخت. به هر حال از خواص مهم اين ماده، جذب سطحي ترکيب ها و عمل کردن آن به عنوان يک درخشان کننده ي نوري است که مي تواند براي کارشناسان قانوني بسيار جالب توجه باشد.
دانشمندان استراليايي از مزدوج شدن نانوذرات اکسيد تيتانيم با رنگ دانه هاي بسيار پايدار مثل پريلين و پريلين دي آمين استفاده کرده اند. محدوده ي جذبي اين رنگ دانه ها در گستره ي طول موج ها قرمز تا بنفش و حتي سياه قرار مي گيرد. اين پژوهشگران پيش بيني کرده اند که ترکيب کردن ذرات اکسيد تيتانيم با يک رنگ دانه ي فلورسنت قوي حاوي استخلاف هاي چربي دوست، کارايي اکسيد تيتانيم را در آشکار کردن آثار انگشت پنهان افزايش مي دهد.
در پايان اين بررسي، پژوهشگران با استفاده از اولئيل آمين و 10، 9، 4، 3- پريلين تتراکربوکسيليک دي انيدريد، موفق به تهيه ي مشتق جديد پريلين دي ايميد شدند و پس از پوشش دادن نانو ذرات اکسيد تيتانيم با اين رنگ دانه ي جديد، متوجه شدند که اين ترکيب چندسازه در محدوده ي 700-650 نانومتر، فلورسانس قوي اي را نشان داده، در طول موج 505 نانومتر (سبز – آبي) برانگيخته مي شود. با وجود اين ويژگي ها اما نمي توان از آن براي ظهور آثار انگشت روي سطوح چوبي استفاده کرد. بر اين اساس دانشمندان در حال بررسي ديگر نانوذرات اکسيد فلزي قابل استفاده براي سطوح چوبي و سطوح ديگر هستند.
10-ساختمان:
الف:تصفيه كننده هواي داخل ساختمان ها:
اين دستگاه تصفیه ی هوابسیار سبک مي باشد، گازهای مضر ناشی از سوخت یا دود توتون، ذرات آلرژی‌زا، بوی کپک‌زدگی یا ماندگی و دود پلاستیک‌ها، رنگ‌ها و روغن‌ها و عطرها و تمیزکننده‌ها را تجزیه میکند و مواد شیمیایی آلی فرار (VOCs) و آئروسل‌های زیستی را که غلظت آن ها داخل منزل بیشتر از محیط بیرون است، اکسید میکند و نیز موجب از بین رفتن میکروب ها ، ویروس ها و قارچ ها می‌شود .این دستگاه هیچ فیلتری برای جایگزینی یا صفحات جمع‌کننده ای برای تمیزکردن ندارد و اوزون نیز تولید نمی‌کند.
• (فیلترهای HEPA آلودگی ها را به دام انداخته و نمیتوانند آن ها را اکسید کنند و مناسب نیستند. بطور کلی فیلترها نیاز به جایگزینی دارند که هزینه زیادی ایجاد میکنند، تصفیه‌کننده‌های الکترونیکی هوا نیز شامل یونیزه‌کننده‌ها و تولیدکننده اوزون می‌‌باشند. یونیزه‌کننده‌ها غبارها را باردار میکند که در سطح اتاق‌ها یا روی صفحات فلزی جمع می‌شوند و غالباً نیاز به تمیزکردن دارند. این یونیزه‌کننده‌ها نمیتوانند گازها یا بوها را برطرف کنند و ممکن است اوزون نیز تولید کنند.) قدرت اکسید کنندگی اوزون به اندازه قدرت اکسیدکنندگی فوتوکاتالیست‌های اکسید تیتانیم نمی‌‌باشد و سمی بوده و می‌تواند تنگی نفس را حادتر کند. در حالیکه اين تصفيه كننده ها هیچ ماده مخاطره‌آمیزی برای پوست و چشم تولید نمی‌کند.
• تصفیه‌کننده‌هایی که از نور ماوراءبنفش استفاده میکنند،از پرتوهای ماوراءبنفش نوع C برای کشتن میکروب‌ها با نابودکردن DNA آنها استفاده میکنند که این پرتوها برای تمام موجودات زنده خطرناک می‌‌باشند و تولید اوزون میکنند ، در صورتيكه دستگاه نانويي فوق از لوله‌های نوری ماوراءبنفش A استفاده میکند. سطح بیرونی این لوله‌ها از یک لایه نازک فوتوکاتالیستی اکسیدتیتانیم پوشانده شده است، که همه نور ماوراءبنفش را جذب میکند.
جزء اصلی و فعال تصفیه کننده‌های هوای ذكرشده را نوعی نانولوله تشکیل می‌دهد. این لوله را داخل حلقه فایبرگلاس پوشیده با لایه‌ای از بلورهای نیمه هادی دی‌اکسید تیتانیوم، با ابعاد 40 نانومتر قرار می‌دهند. تابش پرتوهای UV موجب باردار شدن این بلورها می‌شود؛ در نتیجه عوامل اکسید کننده قوی‌ای ایجاد می‌شوند به طوری که با چرخش هوا در سطح این لوله، آلودگی‌های موجود در هوا از بین خواهند رفت.
زمان لازم برای کاهش 50 درصدی غلظت آلوده کننده ها از 2 تا 38 دقیقه است که N-hexane که یکی از عمده ترین این آلوده کننده ها است در طی 7 دقیقه به غلظت %50 تقلیل می‌یابد. (NanoBreeze محصول شركت Technologies Nanotwin)
ب:ساخت شيشه ونمايشگرهاي تلويزيوني:
شيشه هايي توليد شده اند كه براي متعادل کردن گرما و نور اتاق كاربرد دارند و تنها زمانی که نور شدت دارد درست مانند عینک های فتوکرومیک دودی مي شوند.
(امروزه این کار با استفاده از الکتروکروماتیک ها انجام می شود که موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کنند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد می شود و کاری می کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه های پنجره استفاده می شود.
زمانی که نور خورشید به شیشه ها می تابد جریان الکتریکی برقرار و سبب می شود تا یونها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را کدر و تیره نمایند. با قطع الکتریسته فرایند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً شفاف می‌شود. یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که می توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد. )
اساس نمایشگرهای نانوکروماتیك درست مانند آنچه در الکتروکروماتیکها شرح داده شد می باشد با این تفاوت که در ساخت آنها از فناوری نانو استفاده شده است. نانوکروماتیکها دارای ذراتی در مقیاس نانو هستند که می توانند به سرعت روشن و خاموش شوند. پایداری دو طرفه فرآیند سبب می شود که در مصرف انرژی نیز صرفه جویی شود. در این نوع از نمایشگرها از دی اکسید تیتانیوم (ماده شیمیایی که سبب سفید شدن کاغذ می‌شود) استفاده شده که کانتراست خوبی دارد. این نوع از نمایشگرها در آینده ای نه چندان دور جایگزین نمایشگرهای فعلی شده و تحول عظیم در دنیای تلویزیون و نمایشگرها ایجاد می کند.
منابع: www.nano.ir ستادويژه توسعه فناوري نانو
www.insf.org
كتاب مقدمه اي برنانوتكنولوژي مؤلفان:سيداحمدسادات نوري ومهديه خداياري
ماهنامه فناوري نانو سال پنجم شماره107