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了解鈦酸鹽使用情況 |
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| 鈦酸鹽產(chǎn)品種類繁多，按其組成可分為堿金屬鈦酸鹽、堿土金屬鈦酸鹽、稀土金屬鈦酸鹽等，有著十分卓越的物理、化學(xué)和光學(xué)性能，在當(dāng)代材料科學(xué)領(lǐng)域中占有重要位置。我國鈦資源豐富，蘊藏量為世界之首，為發(fā)展我國鈦酸鹽工業(yè)創(chuàng)造了有利條件。 但我國對鈦酸鹽類產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)與發(fā)達國家相比還很薄弱，與我國這樣一個鈦資源大國極不相稱， 因此對鈦酸鹽功能材料的開發(fā)研究顯得極為迫切和重要。本文將對鈦酸鹽功能材料的性質(zhì)、合成方法及用途進行介紹。 鈦酸鹽功能材料的性能 固體材料以電性能為標(biāo)準(zhǔn)可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體。大多數(shù)鈦酸鹽材料都屬于絕緣體，但在外電場的作用下晶體內(nèi)部可出現(xiàn)電極化現(xiàn)象，因此它們也是介電體。介電體電極化效應(yīng)的大小用材料兩端積蓄的電荷密度與外加電場強度之比即介電常數(shù)來表示 。不同的鈦酸鹽材料儲存電荷的能力是不同的，因此介電常數(shù)有大有小。室溫下鈦酸鋇的介電常數(shù)高達$ ，鈦酸鎂的介電常數(shù)則更小。同時介電常數(shù)隨溫度變化的情況也不同，鈦酸鋇在居里溫度附近介電常數(shù)高達6 年法國人居里兄弟發(fā)現(xiàn)了“壓電效應(yīng)”。 所謂壓電性是指某些介質(zhì)在受到機械壓力時，哪怕這種壓力微小得像聲波振動，都會產(chǎn)生壓縮或伸長等形狀變化，引起介質(zhì)表面帶電，這就是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱逆壓電性。晶體按其對稱性可分為個晶族，其中無對稱中心的個晶族有壓電性。 最早發(fā)現(xiàn)水晶、酒石酸鉀鈉等少數(shù)單晶具有壓電性， MN8HNOGGCP ?QORCG9NS 陶瓷上加高壓獲得陶瓷的壓電性。其后，德國、日本、美國、前蘇聯(lián)等國 家開始對鈦酸鹽進行廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇的壓 電性雖比水晶好，但比酒石酸鉀鈉差；壓電性隨溫度 和時間變化比酒石酸鉀鈉小，但是比水晶大。鈦酸 鋇壓電性的溫度和時間變化大的原因是居里溫度 （!+,-）和第二相變點（,-）都在室溫附近 為改善鈦酸鋇性能對其進行了一系列攙雜的研究。盡管鈦酸鋇的壓電性在工程上有著廣泛的應(yīng) 用，但是由于其居里溫度低、工作溫度范圍窄和穩(wěn)定 性差等原因正逐步被后來發(fā)現(xiàn)的具有許多優(yōu)良特性 。隨著電子技術(shù)向高頻和超高頻領(lǐng)域發(fā)展的需要，對鋯鈦酸鉛進行廣泛的攙雜改性并發(fā)展了大量的三元系和四元系的 固溶體，得到了一系列滿足各種不同需要的鈦酸鉛系功能材料 。但隨著人們環(huán)保意識的增強，正在著手尋找一種無污染、具有優(yōu)良壓電性能的鈦酸鹽功能材料。 鈦酸鉍具有低的介電常數(shù)、低的介電損耗、居里溫度高（/$.-）和無鉛污染等優(yōu)點，有望成為新一代具有壓電性的“綠色”功能材料。 熱釋電性是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的性質(zhì)。 熱釋電效應(yīng)由于晶體受熱膨脹而引起正負離子相對位移，從而導(dǎo)致晶體的總電矩發(fā)生改變，與壓電效應(yīng)相類似。由于結(jié)構(gòu)方面的原因?qū)е抡撾姾芍行牟恢睾�，這實際上就是一種自發(fā)極化。 人們發(fā)現(xiàn)在 個可以自發(fā)極化的晶族都具有熱釋電性。人們還發(fā)現(xiàn)了許多具有熱釋電效應(yīng)的晶體，在鈦酸鹽材料中最早發(fā) 現(xiàn)鈦酸鋇具有熱釋電性，隨后又發(fā)現(xiàn)的比較重要的個可以自發(fā)極化的晶族中，有些晶族在外電場之下，具有極化轉(zhuǎn)移的特性。由于晶格結(jié)構(gòu)變形，使離子偏離其平衡位置而形成電偶極矩。當(dāng)施 加外電場時，會使電偶極矩順電場方向排列，而在電場移去后，仍能保持極化方向的殘留值，此種特性即 成為鐵電性。 由于鐵電性質(zhì)的發(fā)生和單位晶格內(nèi)不對稱性有 絕對的關(guān)系，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鋇在溫度高于臨界溫度（居里溫度）時，其結(jié)構(gòu)為簡單立方晶格，晶格參數(shù)為 #34；此時的結(jié)構(gòu)為對稱性，不具有自發(fā)極化性；但是當(dāng)溫度低于臨界溫度時，其晶格中的鈦離子與鋇離子會偏離原本對稱的晶格位置，而促使電偶極的形成，使鈦酸鋇成為位移 型轉(zhuǎn)變的鐵電體。 所謂的正溫度系數(shù)（A’B）效應(yīng)是指當(dāng)溫度低于某一臨界值時呈半導(dǎo)體導(dǎo)電狀態(tài)；但當(dāng)溫度超過這一臨界值時，電阻率突然增加到 半導(dǎo)化后可獲得正溫度系數(shù)特性。鈦酸鋇在居里溫度附近電阻急劇增大的原因是傳導(dǎo)電子在居 里點附近穿越半導(dǎo)體化的鈦酸鋇晶界時，介電常數(shù)的少許增加會引起敏感的阻擋作用，使電阻增大。 但這種現(xiàn)象在單晶中幾乎見不到，在許多晶粒的致密集合體中很顯著。 光學(xué)性能（!）光催化性能光催化研究中大多數(shù)是以作為光催化劑，由于其催化活性還不夠高，實用化研究進程長期以來未有較大的突破。 近些年來，人們圍繞鈦酸鹽功能材料進行研究，探索新型光催化劑取得了一些重要進展八面體單元經(jīng)過共邊或共頂角形成的帶負電荷的二維層狀氧化物和層間堿金屬陽子構(gòu)成，有半導(dǎo)體活性，在適當(dāng)?shù)臈l件下可實現(xiàn)光解水。用過渡金屬部分取代三鈦酸鹽和 四鈦酸鹽中的一部分鈦制得多孔柱狀光催化材料實現(xiàn)光解水，其突出的特點是能利用層狀空間作為合 適的反應(yīng)點以抑制逆反應(yīng)，提高反應(yīng)效率。）光催化性能的研究是近幾年才開始的。目前主要研究堿土金屬鈦酸鹽 位進行了部分摻雜改性，使完整的晶型產(chǎn)生缺陷和畸變，體系能量升高，無序性增大，形成了摻雜能級，從而有利于光的吸收和光生電 子對的分離，催化性能得到改善。 光催化機理是當(dāng)光波能量大于鈦酸鹽的禁帶寬 度時，鈦酸鹽吸收光能產(chǎn)生較高能量的電子和空穴，電子和空穴與水及溶解氧作用，產(chǎn)生高化學(xué)活性的自由基。這種自由基對反應(yīng)物幾乎無選擇性，最終達到光催化作用。 光致變色性 光致變色性是指物質(zhì)在某些波長的光照射下， 其顏色會發(fā)生可逆變化的性質(zhì) 。具有高介電常數(shù)的鈦酸鹽 具有光致變色性質(zhì)。光致變色現(xiàn)象本質(zhì)上是一種物質(zhì)在兩個具有不 同吸收譜的能態(tài)間的可逆變化。鈣鐵礦結(jié)構(gòu)的 填充八面體空隙的四分之一。從離子半徑考慮，過渡金屬離子一般是取代 ，由于電中性的要求，晶體中將產(chǎn)生氧空位。一個氧空位可以補償兩個 帶來的正電價不足，這樣 來說，晶體中這兩種位置的濃度是相等的。() 比對電子有更強的吸引力，成為晶體中的一種電子俘獲中心；而() 將成為晶體中的一種空穴俘獲中心。-/"#$ 晶體的介電常數(shù)較大，所以這兩種中心通常情況下都能穩(wěn)定存在。受到光照，如果光 子能量大于其禁帶寬度，出現(xiàn)光生電子和光生空穴。 光生電子將被 的產(chǎn)生改變了原來晶體的吸收譜，出現(xiàn)變色效應(yīng) （%）光折變效應(yīng)光折變效應(yīng)是材料在光輻射下折射率隨光強度空間分布而變化的效應(yīng)，是一種非局域的非線性光 學(xué)效應(yīng)。當(dāng)光場作用于具有鐵電性的鈦酸鋇時，在鈦酸鋇中激發(fā)起載流子（電子成空穴），載流子在物 質(zhì)內(nèi)運動，形成空間電荷分布，進而形成空間電場。 所形成的空間電場，再作用到鈦酸鋇上，產(chǎn)生普克爾效應(yīng)（一級電光效應(yīng)），從而使物質(zhì)折射率發(fā)生變 。光折變性最重要的是要求晶體具有盡可能大的電光效應(yīng)，這依賴于晶體中施主或受主雜質(zhì)的 能級與濃度，陷阱能級與濃度以及光生載流子的遷 移率與漂移長度等綜合性能其他光學(xué)性能有些過渡金屬鈦酸鹽如鈦酸鈷、鈦酸鎳等由于 其本身的獨特結(jié)構(gòu)顯示一定的顏色，因此可用作涂 層材料的調(diào)色劑。這種顏料的化學(xué)惰性大，能耐絕 大多數(shù)的普通酸類和堿類；抗氧化性能和抗還原性 能均很強；耐光性很強，長期日曬暴露也不會褪色或 變色；耐候性也非常好，以及有很高的耐熱性，近年 來備受人們關(guān)注 色散和折射指數(shù)很高，幾乎與寶石接近，因而可用來制造人造寶石。摻 雜多種金屬氧化物可得到各種顏色的寶石（加鎳可 產(chǎn)生黃色）。最近發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇（ 677）在交流電作用下可產(chǎn)生電致發(fā)光效應(yīng)，這一性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)為鈦酸鹽功能材料性能增添新的內(nèi)容。 化學(xué)性能（6）催化性能 具有鈣鈦結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽（!8$ ）不僅具有光催化性能，還有催化氧化性能。其催化氧化機理為：! 離子不直接參加催化作用，本質(zhì)上僅起到調(diào)整"#—$ 鍵的作用。在催化劑中氧化的活性位是 離子，在高溫作用下，"# ，相應(yīng)地等量的晶格氧放出，形成足夠的氧化活性，達到催化氧化的作用。 對于過渡金屬鈦酸鹽 ，鈦僅起到固定過渡金屬離子的作用。由于過渡金屬離子的核外層有空的 軌道，具有很強的捕捉電子對的能力，能將硫原子的孤對電子捕獲，達到催化脫硫的效果。馮守華等 合成具有層狀、孔道結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽分子篩，發(fā)現(xiàn)其在烴類選擇氧化反應(yīng)中顯示了優(yōu)良的催化性 能，為綠色化學(xué)化工的研究與開發(fā)譜寫新的篇章。 最近見報道利用 是高介電常數(shù)的鐵電體作催化劑 ，對空氣中的有機廢氣二氯甲烷進行治理。在電暈反應(yīng)器中加入 催化劑后，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生脈沖電暈放電時，在 顆粒周圍形成強脈沖電場，使得 顆粒間的接觸點處產(chǎn)生了部分電暈放電，增強了電暈反應(yīng)器內(nèi)電暈放電流 柱；相應(yīng)地提高了所形成的非平衡等離子體中荷能 電子的能量與密度，使得在與二氯甲烷、氧氣等分子 的非彈性碰撞中，有效碰撞率提高，產(chǎn)生了較多的活 性物種，提高了降解二氯甲烷的反應(yīng)活性，二氯甲烷 的轉(zhuǎn)化率也提高了。 馮秀麗等鈦酸鹽功能材料的研究與應(yīng)用 （!）其他性能 具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鈣等鈦 酸鹽都有很高的熔點，耐熱性好。具有層狀結(jié)構(gòu)的 固定在層間，使其化學(xué)穩(wěn)定性最好，具有優(yōu)異的耐熱、耐酸、耐 堿性能 個氧原子所包圍，#$& 八面體通過共用邊相聯(lián)接。鈦酸鋁能以兩種穩(wěn)定的形式即 -!./的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。由于鈦酸鋁有良好的抗熱沖擊性、非常低的熱膨脹系數(shù)和高的熔 點，是一種理想的隔熱材料 隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)有些鈦酸鹽功能材料還具有電流變性、吸波性、離子吸附性及生物 適應(yīng)性 和相應(yīng)的金屬碳酸鹽或金屬氧化物為原料，加入 13的45& 作為 除雜劑，在高溫下預(yù)燒 *../燒結(jié)，并按一定的冷卻速度降溫使其結(jié)晶，即可得到鈦酸鹽微粉。 該方法合成鈦酸鹽的原料晶粒尺寸受燒結(jié)溫度 的影響，燒結(jié)溫度高，晶粒尺寸趨于減小。同時降溫 速度也影響到粉體的性質(zhì)，一般將降溫速度控制在 8$5較為合適。 固相燒結(jié)法具有合成時間短、污染少、工藝簡單 等特點，曾經(jīng)是各國研究的主要方向。如前蘇聯(lián)用 這種方法制備的粉體成功地合成了數(shù)百種陶瓷材 料，并形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)；日本也有固相燒結(jié)法工業(yè)化 生產(chǎn)的報道；國內(nèi)目前主要采用此方法制備鈦酸鹽 粉體。但是固相燒結(jié)法對原材料要求高，產(chǎn)品難以 達到分子級混合，能量消耗大，容易引進雜質(zhì)，其純 度、均勻性較差，粒徑大，反應(yīng)難以控制。因此該方 法有被其它方法代替的趨勢。 （!）機械力化學(xué)合成法 機械力化學(xué)是研究固體物質(zhì)在加機械能量時固 體形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，并誘導(dǎo)物理化學(xué)變化 的一門學(xué)科。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，機械力化學(xué)法 成為制備納米陶瓷材料的重要方法之一。+9: 為原料經(jīng)高能球磨 報道在氮氣保護下，采用高能球磨 混合粉體，用機械力化學(xué)法成功地合成了晶體尺寸為 ’.—(.58 該方法合成鈦酸鋇的原料晶粒尺寸、顆粒的形貌、相組成及其反應(yīng)機制都受球磨時間的影響。該 方法具有原料易得和工藝過程簡單的特點，但應(yīng)用 仍不廣泛，需要拓展，其過程與機制還需進一步 研究。 （’）沉淀A燒結(jié)法化學(xué)沉淀法是在金屬鹽類的水溶液中，控制適 當(dāng)?shù)臈l件使沉淀劑與金屬離子反應(yīng)，產(chǎn)生水合氧化 物或難溶化合物，使溶質(zhì)轉(zhuǎn)化為沉淀，然后經(jīng)分離、 干燥或煅燒而得到納米超微粒。根據(jù)化學(xué)沉淀劑的 不同可分為草酸鹽沉淀法、碳酸鹽沉淀法和雙氧水 共沉淀法三種。 該法是將精制的金屬鹽、四氯化鈦溶液混合后，在0.—’../時滴加草酸溶液，物料中金屬鹽、四氯 化鈦、草酸的比為 微粒。該方法工藝簡單，可以在沉淀過程中實現(xiàn)摻雜，使摻雜 劑均勻地分布于鈦酸鋇粉體中，十分有利于其半導(dǎo) 體化。但此法容易帶入雜質(zhì)，純度偏低，煅燒溫度較 高，往往促使鈦酸鋇粒子發(fā)生不同程度的團聚，且粒 度目前只能達到’ ...58 左右。為了克服上述 摩爾比較難控制的缺點，提出了一種改進方法。其依據(jù)是：草酸易溶于乙醇中，而 則不溶。這樣，把草酸的乙醇溶液加入到金屬鹽、四氯化鈦的混合水溶液中，就可沉淀出化學(xué)計 。為了確保所有的陽離子都能從水溶液中沉淀出來，乙醇必須過量。但是，該改進方法的生 產(chǎn)成本高，難于在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。 比的關(guān)鍵因素；反應(yīng)條件、煅燒溫度對粒度具有決定作用。該法的原料雖然便宜易得，但煅 燒溫度高，鋇、鈦分布均勻性較差。 雙氧水共沉淀法將工業(yè)制備鈦白粉的中間廉價原料偏鈦酸用去 離子水洗滌，洗去基體中的雜質(zhì)，洗凈后在 干，得到提純的偏鈦酸。然后將雙氧水、提純的偏鈦酸、氨水在’ 的水溶液滴加到桔黃色澄清液中，有沉淀生成。將沉淀抽濾、洗滌、檢驗至無金屬離子 納米粉末〔11，12〕 過氧化氫和氨水的量要嚴(yán)格控制：太少，偏鈦酸不易溶解；太多，金屬鹽反應(yīng)劇烈不易控制。張允什 由小到大變化制得的鈦酸鋇的純度低于 由大到小變化的情況。況且在生成沉淀時伴隨有氣體生成，溶液中這些氣泡的生成在 一定程度上阻止核的增長，這正是此方法制備各種 納米鈦酸鹽的優(yōu)點之一。 （/）溶膠4凝膠法 溶膠4凝膠法指金屬醇鹽或無機鹽水解成溶膠， 然后使溶膠凝膠化，再將凝膠干燥焙燒后得到納米 〔15〕將適量醋酸鋇在一定溫度下充分 溶解于醋酸水溶液中；另將一定比例的經(jīng)過穩(wěn)定化 處理的鈦酸丁酯的無水乙醇溶液加入到上述醋酸鋇 溶液中，充分混合均勻，得到清澈的先驅(qū)體溶液；再 向溶液中加入適量冰醋酸，在空氣中放置 /.6，形成 透明凝膠；將凝膠烘干后，加熱處理即得 78"#0 粉。柏朝暉等〔2%〕 在室溫下將鈦酸丁酯溶于異丙醇 中攪拌，滴加冰醋酸，得近乎透明的鈦酰型化合物溶 液；在劇烈攪拌下，滴加乙酸溶液溶解氫氧化鋇的混 合溶液，繼續(xù)攪拌使水解反應(yīng)完全；將反應(yīng)混合物置 59&的水浴中凝膠化，使發(fā)生溶膠4凝膠化轉(zhuǎn)化，得近乎透明的凝膠體；待凝膠老化后取出搗碎，在真 空干燥箱中于 ’/%&溫度下充分干燥、研碎，置于電 阻爐煅燒后取出冷卻，研細即得 78"#0 也很多。溶膠4凝膠法所得粉體的粒徑受 值影響較大。在工藝過程中不引入雜質(zhì)，所得粉體粒徑小、純 度高、粒徑分布窄。但其原料價格昂貴、粉體的生產(chǎn) 成本較高，并且體系中有機溶劑及其添加劑常含有 一定的毒性，對環(huán)境造成不同程度的污染，因此限制 了其工業(yè)化進程。其次，溶膠4凝膠法制備 78"#0 納米粉體常溫大多為立方相，并且其反應(yīng)周期長，工藝條件不易控制，產(chǎn)量小，難以放大和工業(yè)化。 水熱法是通過在密封壓力容器中的適合水熱條件下的化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)原子、分子級的微粒構(gòu)筑和晶 體生長。 溶液與一定形式的鈦源等混合后轉(zhuǎn)入到高壓釜中，在一定的溫度和壓力下 水熱合成晶化的 的理化性能與水熱條件、3- 值、溫度、反應(yīng)物 值及所用鈦源的種類有直接關(guān)系。對于水熱法制備 78"#0 對于78"#0 的水熱合成的影響因素、發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題做了一篇專門的論述。 該法原材料廉價，制備的粉體晶粒發(fā)育完整、粒度分 布均勻、顆粒間團聚少，可得到理想化學(xué)計量比的材 料，而且可一步合成、產(chǎn)率高。該法制備 78"#0 納米粉體多為立方相，直接得到四方相很困難。 最近又見報道用水熱法直接合 〔25〕。徐華蕊等將氯化鋇、四氯化鈦和過量的 氫氧化鈉混合成溶液，轉(zhuǎn)入到高壓釜中，密閉后升溫 反應(yīng)一段時間后，將所得的沉淀物過濾、洗滌、干燥 得到四方相 78"#0 。提高氫氧化鈉過量濃度和降低四氯化鈦濃度都有利于四方相的生成。該方法原材 料廉價，產(chǎn)物有較高的純度，從而為該納米粉末的產(chǎn) 業(yè)化提供了簡便條件。 高溫水熱法制備鈦酸鋇納米粉末在日本和美國 已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)。該法需要較高的溫度和壓力，設(shè) 備投資大，目前在國內(nèi)該法基本上處于實驗室探索 階段。 最近又出現(xiàn)了微波加熱法 、超聲分散法、微乳液法 等合成方法，目前基本上處于實驗室探索的階段。 四、鈦酸鹽功能材料的應(yīng)用 電學(xué)方面應(yīng)用利用鈦酸鹽材料儲存電荷的能力可用來制備電 容器。長期以來鈦酸鋇一直是國際電工協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)中 高介系列和低電容溫度系數(shù)系列陶瓷電容器的主流 介質(zhì)材料，在電容器市場乃至整個電子陶瓷市場占 有重要地位，被譽為“電子陶瓷工業(yè)的支柱”。 ’5.2 年，第一個壓電陶瓷器件———鈦酸鋇拾音 馮秀麗等鈦酸鹽功能材料的研究與應(yīng)用 器誕生了。這種材料性能優(yōu)異、制造簡單、成本低 廉、應(yīng)用廣泛。在航天領(lǐng)域，利用鈦酸鹽材料壓電性 制作的壓電陀螺，是在太空中飛行的航天器、人造衛(wèi) 星的“舵”，靠它航天器和人造衛(wèi)星才能保證其既定 的方位和航線。傳統(tǒng)的機械陀螺壽命短、精度差，靈 敏度也低，不能很好滿足航天器和衛(wèi)星系統(tǒng)的要求。 而小巧玲瓏的壓電陀螺靈敏度高，可靠性好。在日 常生活中，利用鈦酸鹽材料能將外力轉(zhuǎn)換成電能的 特性，可以制造出壓電點火器、移動 光電源、炮彈引爆裝置。用兩個直徑 的壓電陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一種可連續(xù)打火幾萬次 的氣體電子打火機。利用同一原理制成的電子點火 槍是點燃煤氣爐極好的用具。利用鈦酸鹽陶瓷的壓 阻效應(yīng)制成智能陶瓷雨刷，可以自動感知雨量，自動 將轎車擋風(fēng)玻璃上的雨刷調(diào)節(jié)到最佳速度。用鈦酸 鹽材料能把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動，可以用來探尋水 下魚群的位置和形狀，對金屬進行無損探傷，以及超 聲清洗、超聲醫(yī)療，還可以做成各種超聲切割器、焊 接裝置及烙鐵，對塑料甚至金屬進行加工。最近科 學(xué)時報 報道了日本電氣東金公司發(fā)明的一種骨導(dǎo)式助聽器。該助聽器由鈦酸鹽材料制成的壓電元 件和把聲音變?yōu)檎駝有盘柕姆糯笃鹘M成。這種新型 助聽器可以貼在太陽穴附近，通過頭骨振動讓人感 知外界風(fēng)吹草動，故名“骨導(dǎo)式助聽器”，這對耳聾者 實在是一種福音。它的重量只有 ’(，是此前最小的 助聽器的 )*"，耗電量也只有 )*)+。隨著高新技術(shù)的 發(fā)展，鈦酸鹽材料壓電性的應(yīng)用必將越來越廣泛。 早在 年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視。直到 年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效 應(yīng)的研究和對熱釋電晶體應(yīng)用。近年來，利用鈦酸 鹽材料的熱釋電性制成紅外傳感器已被廣泛用于家 電設(shè)備中。與光子傳感器相比，它的傳感效果好，可 在室溫下運行而且不受紅外線波長的影響，在紅外 探測方面開始表現(xiàn)出高靈敏、快響應(yīng)、寬光譜等 優(yōu)點。 具有鐵電性的鈦酸鹽有剩余極化強度，因而可 用來作信息存儲、圖像顯示。目前已經(jīng)研制出一些 透明鈦酸鹽陶瓷器件，如鐵電存儲和顯示器件、光 閥、全息照相器件等，就是利用外加電場（!）使鐵電 疇作一定取向的性質(zhì)。由于具有鐵電性的鈦酸鹽的 極化隨 變。利用鈦酸鋇晶體的電光效應(yīng)可制作光調(diào)制器、晶體光閥、電光開關(guān)等光器件，目前已經(jīng)應(yīng)用到激光 技術(shù)中。 鈦酸鋇基 元件的實用化始于&+年代初期。 在我國對 元件的電阻溫度特性、電壓電流特性和電流時間特性可供溫度補償、溫度 檢測和限制電流，在家電和工業(yè)電控領(lǐng)域有著廣泛 的應(yīng)用。 能源方面的應(yīng)用目前迫切需要儲能豐富的新型能源。氫能熱值 高，燃燒 03；資源豐富，地球表面豐富的水資源，水中含氫量達 )4；干凈、無毒、燃燒后生成水，不產(chǎn)生二次污染；應(yīng)用范圍廣，適 應(yīng)性強。因此氫能是未來理想的能源，氫能的開發(fā) 和利用成為世界各國特別關(guān)注的科技領(lǐng)域。 利用鈦酸鹽功能材料的光催化性，光解水制氫 是一條簡潔、廉價的合成路線，國內(nèi)外已有多篇文獻 報道。這為人類開發(fā)新型無污染、可持續(xù)利用的能 源開辟一條道路。 最早由日本石原產(chǎn)業(yè)公司開發(fā)出了作為鋰離子 二次電池材料的高性能鈦酸鋰，具有幾乎與理論容 量相等的充放電容量。由于鈦酸鋰在充放電反應(yīng)中 無體積變化，作為可長期使用的二次電池材料引人 注目。但由于其很難構(gòu)成高電壓電池，因此迄今為 止只能在有限的范圍內(nèi)使用。目前，由于有效利用 鈦酸鋰特點的周邊環(huán)境不斷改善，因此對該材料的 關(guān)注也增加了。 利用鈦酸鹽功能材料的催化性能，由 水合制取低碳醇成為眾人關(guān)注的課題。該法與傳統(tǒng)的發(fā) 酵法、烯烴水合法和合成氣法相比，不僅無酸污染， 而且節(jié)省了糧食、石油、貴金屬。鈦酸鹽作催化劑， 從乙烷催化脫氫制取乙烯與傳統(tǒng)的熱解脫氫法相 比，不僅減少能耗，而且轉(zhuǎn)化率大大提高。 環(huán)保方面的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題 日益受到人們關(guān)注。催化在環(huán)境治理中也發(fā)揮了重 要作用。 用鈦酸鹽功能材料作催化劑，催化凈化氣態(tài)污 染物無需使污染物與主氣流分離而把它直接轉(zhuǎn)化為 無害物，因而既避免了吸收、吸附等凈化方法可能產(chǎn) 生的二次污染，又使操作過程得到簡化。因此催化 方法凈化氣態(tài)污染物正日益受到人們的重視。 汽油中的硫化物燃燒生成的 65 是汽車尾氣中的主要污染物之一。汽油中約有 ,+4的硫來自催 化裂化汽油組分，降低催化裂化汽油的硫含量是降 低汽油硫含量的關(guān)鍵。利用過渡金屬鈦酸鹽作催化劑，過渡金屬離子的核外層有空的 軌道，能將硫原子的孤對電子捕獲，達到催化脫硫的效果。 合成染料廠和印染廠每年都要排放大量的有色 廢水。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國廢水排放量大約為 萬噸，有效地處理這么多廢水是環(huán)境保護工作亟待解決的難題。目前采用鈦酸鹽光催化劑， 借助太陽能處理污水的研究工作開展得十分活躍。 它的特點是可以使不同種類的染料降解脫色；分解 的產(chǎn)物主要是無毒的 其他方面的應(yīng)用鈦酸鋁有良好的抗熱沖擊性，非常低的熱膨脹 系數(shù)和高的熔點，是一種用于汽車發(fā)動機排氣管、排 氣道理想的隔熱材料。用它制作的排氣管、排氣道 組裝于發(fā)動機上，可以保持排氣的高溫，防止熱量流 失，提高發(fā)動機的熱效率。這對于沙漠車、軍用越野 車、坦克車具有特別重要的實際意義。鈦酸鈷和鈦 酸鎳等被廣泛用作表面涂層材料調(diào)色劑；鈦酸鈣是 處理核廢料的一種材料； 最近研究發(fā)現(xiàn) 鈦酸鉀的熱膨脹系數(shù)與鈦合金基本相近，可彌補羥基磷灰石生物涂層材料的不足，有望成為一種優(yōu)秀的生物醫(yī)用材料；最近日本研究發(fā)現(xiàn) 酸鉀可吸附放射性物質(zhì)鍶和銫，為其應(yīng)用開發(fā)了新的領(lǐng)域；最近發(fā)現(xiàn)納米 非常敏感，利用其氣敏特性可制備氣體傳感器。 五、結(jié)束語 一直以來鈦酸鹽產(chǎn)品的制備、性能、應(yīng)用是材料科學(xué)界研究的熱點。近年來納米材料已在許多科學(xué)領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注，納米鈦酸鹽粉體的制備研究已成為納米科技領(lǐng)域的一個研究熱點，各種制備技術(shù)得到了很大發(fā)展。但其制備方法仍有許多問題需要探索。關(guān)于納米鈦酸鹽性能研究還很不夠，關(guān)于具有孔道結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽的報道并不多，這應(yīng)引起該領(lǐng)域的科技工作者的注意。 基于其優(yōu)異的物理性能， 隨著制備方法的改進和研究手段的拓寬，以及材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科和化學(xué)工程等方面研究的密切配合和協(xié)作，鈦酸鹽功能材料必將有著十分廣闊和誘人的發(fā)展前景。 |