Anwendungen von porösem Titan

1. Biomedizin

Titan und seine Legierungen haben aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, ihrer geringen Dichte und ihrer hervorragenden Biokompatibilität große Aufmerksamkeit im biomedizinischen Bereich erlangt. Der hohe Elastizitätsmodul von dichtem TitanMetallkann zur Abstoßung durch menschliches Gewebe führen und so zum Versagen implantierter Titanimplantate führen. Poröses Titan hingegen besitzt einen geringeren Elastizitätsmodul und kann durch gezielte Porosität dem menschlichen Knochen angeglichen werden. Darüber hinaus kann poröses Titan nach bestimmten chemischen und thermischen Behandlungen Osteokonduktivität und Osteoinduktivität aufweisen, was bei Kontakt mit Knochengewebe zur Bildung von ektopischem Knochen führt. Daherporöses Titanspielt eine entscheidende Rolle in biomedizinischen Bereichen wie der Knochengewebetechnik. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass poröses Titan in bioaktiven Geräten Fixierungsvorrichtungen stabilisieren und die Heilungsdauer verkürzen kann, wodurch eine autologe Knochentransplantation überflüssig wird.

2. BatterieElektroden

Poröse Materialien können aufgrund ihrer hohen Porosität, großen spezifischen Oberfläche und hohen Druckfestigkeit als Katalysatoren, Biomaterialien, Filtervorrichtungen oder Gasdiffusionsmedien eingesetzt werden. Wennporöses Titanwird als Anode für die Gasdiffusionsschicht (GDL) in Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen verwendet und macht Edelmetalle wie Iridium oder Ruthenium, die traditionell in Anoden verwendet werden, überflüssig, wodurch die voraussichtlichen Systemkosten erheblich gesenkt werden. Untersuchungen haben ergeben, dass die einzigartige Kombination aus porösem Titan und TiO₂-beschichteten Anoden eine sehr stabile Lade-/Entladezyklusleistung aufweist und daher als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien mit höherer Sicherheit und Stabilität vielversprechend ist. Das Design von Elektroden auf Basis von porösem Titan ist nicht auf Anwendungen in Lithium-Ionen-Batterien beschränkt, sondern wird auch als Katalysatoren oder Filter in anderen Energie- und Umweltfeldern eingesetzt werden. Die potenziellen Anwendungen von porösem Titan in Solarzellen, Photokatalysatoren und Verbundelektroden wurden bereits untersucht. Die hervorragende photoelektrochemische Leistung von porösem Titan und TiO₂-beschichteten Anoden ist auf die große spezifische Oberfläche des porösen Titans und die zahlreichen aktiven Adsorptionsstellen der TiO₂-Nanopartikelscheiben zurückzuführen. Die Anwendung neuartiger 3D-Fotoelektroden wird neue Wege für die Umweltsanierung und die Umwandlung von Solarenergie eröffnen.

3. Luft- und Raumfahrt

Mit der Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie werden die Einsatzbedingungen für Luft- und Raumfahrzeuge immer anspruchsvoller. Zu den kritischen Komponenten, die den sicheren Flug dieser Fahrzeuge gewährleisten, gehören zunehmend anspruchsvolle Leistungsanforderungen an das Wärmeschutzsystem. Die hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit von Titanlegierungen und die wärmeisolierenden Eigenschaften ihrer porösen Strukturen eröffnen Möglichkeiten für die Anwendung von porösem Titan in der Luft- und Raumfahrt.Schaumverbundwerkstoffe aus TitanlegierungenKann in Wärmeschutzhüllen für Raumfahrzeuge mit hohen Anforderungen an die Hitzebeständigkeit sowie in Wabenstrukturen in Flugzeugtriebwerken verwendet werden. Doppelschichtige, poröse Konvektionskühlstrukturen in Sandwichbauweise können die Wärmeübertragung auf die innere Schichtstruktur wirksam blockieren und weisen gute Wärmedämmeigenschaften auf.