1.3 La phase anatase :
La phase anatase est la phase moins stable «
métastable » qui se forme à une température moins
basse que le rutile et la brookite. Cette phase est plus complexe que la phase
rutile. La maille élémentaire est de symétrie
tétragonal, et décrit par le groupe d'espace I41/amd.
Les
paramétres de maille sont respectivement les suivants :
a = b = 3.780 A et c = 9.510 A . Pour chaque atome de titane on a quatre
liaisons quasi-équatoriales courtes (1.933 A) et deux liaisons apicales
longues (1.978 A). L'anatase est un semi-conducteur de bande interdite 3.2 eV.
Un changement de phase peut se produire à une température de 820
°C [6]. La structure de la phase anatase est représentée sur
la figure (1.3).
Chapitre 1 Généralités sur le
TiO2 et la théorie de la fonctionnelle de la
densité
FIGURE 1.3 - Structure de la
phase anatase de Ti??2
1.4 La phase brookite :
Cette phase diffère aux autres phases rutile et anatase
par sa métastabilité et qu'il est difficile de l'obtenir en
laboratoire. Mais il est possible de la trouver comme une phase secondaire avec
l'anatase et le rutile [7].
La phase brookite possède une structure orthorhombique
qui appartient au groupe d'espace Pbca. Les paramètres de mailles sont
respectivement les suivants : a = 5.4558 A , b = 9.1819 A, et c = 5.1429 A .
Cette phase se forme à des températures basses que celle de la
phase rutile.
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FIGURE 1.4 - Structure de la phase
brookite de Ti??2
Chapitre 1 Généralités sur le
TiO2 et la théorie de la fonctionnelle de la
densité
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|
Phase
|
Phase rutile
|
Phase anatase
|
Phase brookite
|
|
Paramètres de
maille
(A°)
|
a=b=4.587 c=2.954
|
a=b=3.782 c=9.502
|
a=5.4558 b=9.1819, c=5.1429
|
|
La densité
(g.????-??)
|
4.20 à 5.60
|
3.82 à 3.97
|
4.17
|
|
Température de
fusion
(°C)
|
1830 à 1850
|
1843
|
1825
|
|
La masse
moléculaire
|
79.9
|
79.9
|
79.9
|
|
L'indice de
réfraction
|
2.75
|
2.54
|
2.586
|
|
La couleur
|
Brun, jaune, rouge, gris
|
Brun, bleu, noir, incolore
|
Brun foncée ou noir verdâtre
|
TABLEAU 1.1 - Différences
entre les trois structures de Ti??2
1.5 Domaines d'applications de Ti???? :
Aujourd'hui le dioxyde de titane est un matériau
semi-conducteur très intéressant. Il est utilisé dans
plusieurs domaines d'applications. On va citer ci-dessous quelques
applications.
y' Dans la technologie photocatalytique, le
TiO2 est essentiellement utilisé comme un photocatalyseur. Il
permet l'absorption des photons par les matériaux semi-conducteurs dans
les cellules photovoltaïques.
y' Dans la protection solaire, on sait que le
soleil émet un rayonnement ultra-violet, cette lumière noire
invisible peut engendrer un risque pour la santé (coups de soleil,
caractères et cancers de la peau). Cette rayonnement est
contrôlé par l'indice UV, plus il est élevé plus le
risque est fort. Alors grâce à l'indice de réfraction
important de TiO2, il peut absorber et bloquer les rayons UV de
spectre de soleil qui arrivent à la peau. Récemment des
crèmes solaires à base de TiO2 ont étés
utilisés pour la protection, c'est le bronzage.
Chapitre 1 Généralités sur le
TiO2 et la théorie de la fonctionnelle de la
densité
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y' Dans le but de réduire la
pollution, le TiO2 nettoie l'air que nous respirons. Lorsque les
combustibles fossiles sont brulés par les véhicules, les
centrales électriques, les usines...des gaz sont libérés
dans l'atmosphère avec des conséquences très
néfastes sur l'air. Alors le TiO2 est utilisé pour purifier l'air
que nous respirons.
y' Dans les peintures et les
revêtements, le TiO2 est utilisé aussi en tant qu'un
pigment blanchisseur, il est appelé blanc de titane ou le plus blanc des
blancs, pigment blanc 5 ou CI 77891. Grace à ces qualités
blanchissantes pures et puissantes, il est utilisé comme un colorant
pour blanchir certains éléments comme les médicaments, les
bonbons, chewing-gum ...
y' Dans l'industrie alimentaire, le TiO2 est
utilisé comme un pigment blanchisseur très brillant. Sous forme
des nanoparticules il est utilisé en tant qu'additif alimentaire sous le
code E171 [8] dans plusieurs aliments comme les bonbons, chocolats,
gâteaux,... Ces additifs alimentaires sont des substances ajoutés
pour améliorer l'innocuité, la fraîcheur, le goût, la
texture ou l'aspect. Le TiO2 sous forme des nanoparticules est autorisé
dans les cosmétiques et dans les aliments, sauf en France où il
sera interdit dans l'industrie alimentaire dès le 1er janvier 2020. La
cause que le dioxyde de titane sous forme des nanoparticules l'E171 peut
être toxique et cancérigène. Cet additif est présent
dans le deux tiers des dentifrices et plusieurs autres éléments
et n'est pas indiqué sur l'emballage.
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