حقق باحثون في جامعة طوكيو اختراقًا مهمًا عندما طوروا طريقة جديدة يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكلفة إنتاج التيتانيوم منخفض الأكسجين عالي النقاء.لا تقدم هذه النتائج هذا النهج الفعال من حيث التكلفة فحسب ، بل تكشف أيضًا عن المبادئ العلمية والتحديات التكنولوجية التي وراءه.
ونجح الباحثون في خفض محتوى الأكسجين في التيتانيوم إلى 0.02 ٪ باستخدام معدن الأرض النادر الإيتريوم.هذا التقدم الرائد يسمح بتطبيق التيتانيوم على نطاق أوسع في المجال الصناعي.ومع ذلك، لتحقيق كامل المزيد من التطبيقات المحتملة لسبائك التيتانيوم في الصناعة التحويلية، ومحتوى المواد التي تصل إلى 1٪ من الإيتريوم أصبح تحديا ملحا يجب معالجته.
التيتانيوم هو العنصر التاسع في القشرة الأرضية ، ولكن بسبب تكلفة عالية لإزالة الأكسجين من خام التيتانيوم ، فإن المنتجات المصنوعة من التيتانيوم النقي ليست شائعة.تكلفة إزالة الأكسجين هي واحدة من العوامل الرئيسية التي تؤثر على التطبيق الواسع النطاق للتيتانيوم.إن خفض هذه التكلفة سيسهم بشكل فعال في استخدام مزايا منتجات التيتانيوم على نطاق أوسع من قبل المصنعين في المنتجات المصنعة.
ونشر باحثون في معهد العلوم الصناعية بجامعة طوكيو نتائج دراسة في مجلة Nature Communications تفاصيل عن طريقة جديدة لخفض تكلفة إنتاج التيتانيوم عالي النقاء الخالي من الأكسجين بالكامل تقريبًا.ولا يسهم هذا البحث في التطور التكنولوجي فحسب، بل كان له أيضا تأثير إيجابي على الاستدامة البيئية.
التيتانيوم يحظى باهتمام كبير بسبب خصائصه الفريدة.مقارنة مع المعادن الأخرى، ومواد التيتانيوم لديها استخدامات واسعة النطاق.انها ليست فقط مقاومة للأضرار الكيميائية، ولكن لديها أيضا خصائص قوية وخفيفة.على سبيل المثال ، يختار الجيل الأخير من هواتف iPhone سبيكة التيتانيوم كإطار أساسي ، وعلى الرغم من أن هذا يزيد من التكلفة ، فإن استخدام التيتانيوم يجعل الهاتف أكثر خفيفة وزناً ومتانة.
ومع ذلك ، فإن تكلفة إنتاج التيتانيوم فائق النقاء أعلى بكثير من تصنيع الصلب (سبائك الحديد) والألمنيوم.في عملية إعداد التيتانيوم عالية النقاء ، هناك حاجة إلى استهلاك كمية كبيرة من الطاقة والموارد.لذلك ، عمل الباحثون على تطوير طريقة رخيصة وبسيطة لإعداد التيتانيوم عالي النقاء لتسهيل تطوير المنتجات المستخدمة في الصناعة والمستهلكين العاديين.
في هذه الدراسة ، استخدم الباحثون تقنية مبتكرة تستند إلى معادن الأرض النادرة لإزالة الأكسجين من التيتانيوم.ونتيجة لتفاعل التيتانيوم المنصهر مع معدن الإيتريوم وثلاثي فلوريد الإيتريوم أو مواد مماثلة، تمكنوا من الحصول على سبائك التيتانيوم المنخفضة التكلفة والصلبة المزودة بأكسيد.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إعادة تدوير اليتريوم بعد التفاعل ، مما يزيد من تقليل تكاليف الإنتاج.
وأوضح المؤلف الرئيسي للدراسة تورو أوكابي: "يتم إنتاج الحديد والألمنيوم على نطاق واسع في الصناعة، ولكن إنتاج التيتانيوم محدود بسبب ارتفاع تكلفة إزالة الأكسجين من الخام".وقد استخدمنا هذه التقنية المبتكرة القائمة على المعادن الأرضية النادرة لإزالة الأكسجين من التيتانيوم بنسبة 0.02 في المائة من كتلة الوحدة".
وكانت إحدى الخطوات الرئيسية في هذا البحث هي تفاعل التيتانيوم المنصهر مع مواد تفاعلية محددة.ووجد الباحثون أن هذه الطريقة ليست منخفضة التكلفة فحسب، بل سهلة التشغيل أيضا.والأهم من ذلك ، حتى نفايات التيتانيوم التي تحتوي على كمية كبيرة من الأكسجين يمكن معالجتها بهذه الطريقة.
وقال تورو ه. أوكابي: "نحن متحمسون للاستخدامات الواسعة النطاق للبرنامج التجريبي.ومن شأن عدم الحاجة إلى مركبات وسيطة وسهولة خطوات التشغيل أن يساعد على تطبيقها على الصعيد الصناعي."
وعلى الرغم من التقدم الكبير الذي أحرزته هذه الدراسة، إلا أنه لا يزال هناك قيود: يحتوي ديكسيد التيتانيوم الناتج على ما يصل إلى 1 في المائة من الإيتريوم.يمكن أن يؤثر وجود الإيتريتيوم على الخصائص الميكانيكية والكيميائية لسبائك التيتانيوم.وبالتالي ، يحتاج الباحثون أيضًا إلى مزيد من معالجة تلوث الإيتريوم لضمان استخدام منتجات التيتانيوم على نطاق واسع في التصنيع الصناعي.
وبشكل عام، تمثل هذه الطريقة الجديدة التي طورها باحثون في جامعة طوكيو خطوة مهمة نحو استخدام التيتانيوم عالي النقاء بشكل أكثر كفاءة.مع التقدم المستمر في التكنولوجيا والمزيد من تخفيض التكلفة، التيتانيوم سوف تلعب دورا أكثر أهمية في المستقبل.
