ทิเทเนียมไดออกไซด์: ยอดฝีมือแห่งวัสดุอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพ!!

ทิเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตรเคมี TiO2 และเป็นที่รู้จักในชื่อ “dioxide titanium” หรือ “titanium(IV) oxide” ในวงการวิทยาศาสตร์ วัสดุชนิดนี้ถูกจัดอยู่ในกลุ่มของ nanomaterials เนื่องจากสามารถสังเคราะห์ให้มีขนาดเล็กมาก, ลงไประดับนาโนเมตร ซึ่งทำให้เกิดคุณสมบัติพิเศษที่แตกต่างจาก TiO2 ในรูปทรงและขนาดปกติ

ทิเทเนียมไดออกไซด์ เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีแถบห้าม (band gap) กว้าง ทำให้สามารถดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ คุณสมบัติพิเศษนี้ทำให้ TiO2 ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันที่หลากหลาย เช่น

• การเคลือบด้วยคุณสมบัติฆ่าเชื้อ: TiO2 สามารถทำลายแบคทีเรีย ไวรัส และเชื้อราได้เมื่อถูกสัมผัสกับแสง UV เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยา photocatalytic oxidation ที่จะสร้างอนุมูลอิสระ (free radicals) ออกมาทำลายโครงสร้างของจุลินทรีย์

• Photovoltaics: TiO2 ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับเซลล์สุริยะประเภท dye-sensitized solar cell (DSSC) เนื่องจากสามารถดูดซับแสง UV และส่งผ่านอิเล็กตรอนไปยังตัวรับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• Photocatalysis: TiO2 ถูกนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการ photocatalysis ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้แสง UV เพื่อเร่งปฏิกิริยาเคมี เช่น การสลายมลพิษทางอากาศ

• สีทาอาคาร: TiO2 ถูกนำมาใช้เป็นส่วนผสมของสีทาอาคารเพื่อให้สีมีความOpaque และความทนทานต่อรังสี UV ซึ่งช่วยให้สีไม่ซีดจาง

**การสังเคราะห์ทิเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) **

มีหลายวิธีในการ synthesizing TiO2 โดยวิธีที่นิยมที่สุดคือ

• Sol-gel method: วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการสลายสารตั้งต้นของ titanium (เช่น titanium isopropoxide) ในตัวทำละลาย organosolvent และจากนั้น gel จะถูก calcine เพื่อสร้าง TiO2

• Hydrothermal synthesis: TiO2 จะถูกสังเคราะห์ในสภาวะความดันและอุณหภูมิสูงในสารละลาย

• Chemical vapor deposition (CVD): วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการสะสม TiO2 บนพื้นผิวโดยใช้ไอน้ำของสารตั้งต้น titanium

คุณสมบัติของ TiO2 ที่สังเคราะห์ได้จะขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์, อุณหภูมิ, และเงื่อนไขอื่นๆ ในระหว่างกระบวนการ

ข้อดีและข้อเสียของทิเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2)

ข้อดี:

• มีความเสถียรทางเคมีสูง
• ไม่เป็นพิษ
• ถูกกว่าวัสดุอื่นในกลุ่มเดียวกัน
• มีสมบัติ photocatalytic ที่ดีเยี่ยม

ข้อเสีย:

• กำลังดูดซับแสงในช่วง UV เท่านั้น ทำให้ประสิทธิภาพในการใช้งานบางอย่างต่ำ
• ความสามารถในการนำไฟฟ้าต่ำเมื่อเทียบกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ

ทิเทเนียมไดออกไซด์: สุดยอดนวัตกรรมที่รอคอยการพัฒนา!

ถึงแม้จะมีข้อเสียอยู่บ้าง, ทิเทเนียมไดออกไซด์ก็ยังคงเป็น nanomaterial ที่มีศักยภาพสูงสำหรับการใช้งานในอนาคต ดังนั้น, การวิจัยและพัฒนาวัสดุ TiO2 อย่างต่อเนื่องจึงมีความสำคัญ เพื่อแก้ไขข้อเสีย และพัฒนาคุณสมบัติของ TiO2 ให้ดีขึ้น

ตัวอย่างของการวิจัยและพัฒนา TiO2:

• Doping: การเติมธาตุอื่นๆ เช่น Ni, Cu, Zn, เข้าไปในโครงสร้าง TiO2 จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ และเพิ่มอัตราปฏิกิริยา photocatalytic

• Synthesis of Nanocomposite: การผสม TiO2 กับวัสดุอื่นๆ เช่น graphene oxide, carbon nanotubes, จะช่วยเพิ่ม surface area และทำให้ TiO2 มีประสิทธิภาพในการใช้งานสูงขึ้น

• Development of Novel Photocatalyst Systems: การวิจัยและพัฒนา system photocatalyst ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เช่น hybrid photocatalysts

ทิเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็น nanomaterial ที่มีศักยภาพสูงและน่าติดตามในอนาคต