近期，消費(fèi)市場悄然興起“鈦熱”。從日常使用的鈦杯、鈦鍋，到搭載智能功能的高端鈦電飯煲，鈦制品成為部分消費(fèi)者的新選擇。相關(guān)商家稱，這類產(chǎn)品輕量化、耐腐蝕，更有益于人體健康。

那么，鈦制品真的如此完美嗎？這位新晉“頂流”會成為主流材質(zhì)嗎？科技日報(bào)記者日前采訪了南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院副教授朱寶林。

苗條、耐腐蝕的“大力士”

鈦是化學(xué)元素周期表中第 22 號元素，1791 年被英國科學(xué)家格雷戈?duì)柊l(fā)現(xiàn)。它直到 1948 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)才嶄露頭角，如今在航空航天及生活用品領(lǐng)域大放異彩。

當(dāng)我們在商場拿起一個鈦杯時，第一感覺可能是“出乎意料的輕”。鈦的輕與不銹鋼的重形成鮮明對比，這是鈦?zhàn)呒t的原因之一。

“鈦的密度僅為 4.5 克/立方厘米，約為鐵的 57%，卻擁有匹敵鋼材的強(qiáng)度，好比苗條的‘大力士’。”朱寶林介紹，這種特性源于鈦原子特殊的排列方式以及電子結(jié)構(gòu)。在金屬晶體結(jié)構(gòu)中，鈦原子依靠強(qiáng)金屬鍵實(shí)現(xiàn)緊密有序排列，晶格結(jié)構(gòu)可以有效分散應(yīng)力，使鈦在保持輕盈的同時異常堅(jiān)固。

與此同時，鈦的耐腐蝕性極為出色。“這種耐腐蝕性與鈦的自鈍化特性密切相關(guān)。”朱寶林解釋，當(dāng)鈦暴露在空氣中，其表面會瞬間形成一層厚度僅 2 納米至 5 納米的致密氧化鈦薄膜。這層薄膜具有驚人的“自愈”能力——即使被輕微劃傷，只要接觸氧氣就能立即再生。

2018 年日本科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鈦在海水中的腐蝕速率僅為不銹鋼的 1/1000。因此在日常生活中，面對油煙、水及調(diào)味品的潛在腐蝕，普通金屬輕易便“敗下陣來”，而鈦制品卻始終光鮮。

除此之外，鈦的惰性使其在極端酸堿環(huán)境中也能展現(xiàn)出極強(qiáng)的穩(wěn)定性，幾乎不會析出金屬離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用鈦鍋烹飪 pH 值 2.5 的番茄醬 4 小時后，鈦溶出量低于 0.0003 毫克/千克，僅為不銹鋼的 1/50。

某些優(yōu)勢或被高估

“鈦熱”會一直持續(xù)下去嗎？朱寶林認(rèn)為，從材料屬性來看，鈦的穩(wěn)定性遠(yuǎn)超其他材料。在這方面，鈦優(yōu)勢明顯。然而，鈦的“健康價值”可能被高估了。普通 304 不銹鋼在正確使用的情況下同樣安全且價格更具競爭力。此外，鈦制品的輕量化特性雖為一大亮點(diǎn)，但該優(yōu)勢更多體現(xiàn)在露營、徒步等特定戶外場景中，在日常生活中的實(shí)際需求相對有限。

不僅如此，朱寶林認(rèn)為現(xiàn)在商家對于鈦制品的高級感存在過度營銷之嫌。純鈦呈暗灰色，市面上色彩斑斕的鈦杯則采用了陽極氧化技術(shù)——通過控制氧化膜厚度引發(fā)光的干涉效應(yīng)形成豐富色彩。而所謂的鈦合金鍋多采用 Ti-6Al-4V 合金材質(zhì)（含 6%鋁、4%釩）。這種材料雖然強(qiáng)度更高，但導(dǎo)熱系數(shù)（7.2 瓦/米·度）反而低于純鈦（21.9 瓦/米·度）。這意味著某些鈦合金鍋的加熱均勻性可能還不如導(dǎo)熱系數(shù) 15—20 瓦/米·度的傳統(tǒng)不銹鋼鍋。

與此同時，鈦還存在一些短板。首先是成型加工難。鈦在高溫環(huán)境下易與模具發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而冷加工又需要極大壓力，這使得其成型加工過程復(fù)雜且成本較高。其次是導(dǎo)熱性能缺陷。鈦的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋁的1/16，用鈦制品烹飪時容易出現(xiàn)冷熱島效應(yīng)——局部區(qū)域溫度過高形成“熱島”，而其他區(qū)域溫度較低形成“冷島”。這種受熱不均勻會嚴(yán)重影響烹飪效果。

“在材料科學(xué)領(lǐng)域，沒有永恒的王者。鈦制品雖在輕量化、耐腐蝕方面表現(xiàn)突出，但要真正成為主流消費(fèi)品仍需突破多重壁壘。”朱寶林說，當(dāng)前鈦制品的價格普遍是不銹鋼產(chǎn)品的 5 倍至 8倍，消費(fèi)門檻較高。隨著 3D 打印技術(shù)發(fā)展，鈦制品的成型加工難題或得到解決，但原料成本居高不下仍會限制其發(fā)展。

目前，材料科學(xué)家培育的其他材料正在成為鈦的有力競爭者。

鎂合金比鈦密度低 60%，憑借極致的輕量化和良好導(dǎo)熱性成為有力競爭者，但它需要克服易腐蝕的弱點(diǎn)。鋯合金的生物相容性優(yōu)于鈦，且抑菌性能出色，但其資源稀缺導(dǎo)致價格高昂。高熵合金由多種金屬構(gòu)成，具有可定制強(qiáng)度、耐蝕性等特性，但加工難度大。液態(tài)金屬則擁有超高強(qiáng)度和精密成型能力，已在高端電子產(chǎn)品中得到初步應(yīng)用。

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