ES2320485T3

ES2320485T3 - Procedimiento para producir un material multifuncional.

Info

Publication number: ES2320485T3
Application number: ES06713849T
Authority: ES
Inventors: Masahiro C/O Nuclear Technology Research Laboratory Furuya
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2009-05-22
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: WO2006090630A1; EP1852518A4; JPWO2006090630A1; US7722923B2; KR100954176B1; EP1852518B1; CN101171357A; CN101171357B; TWI301855B; KR20070107778A; EP1852518A1; TW200641179A; JP3980050B2; DE602006005795D1; US20080138516A1

Abstract

Un método para producir materiales multifuncionales, caracterizado porque el método comprende tratar térmicamente un sustrato, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, aplicando una llama de combustión directamente a una superficie del sustrato, de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, o tratando térmicamente una superficie del sustrato en una atmósfera de gas que contiene oxígeno, de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, para proporcionar de esa forma, en el interior de la capa superficial, una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio; y posteriormente cortar la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en paralelo con la capa superficial, para producir de ese modo un material que incluye al sustrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada; numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.

Description

Procedimiento para producir un material multifuncional.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para producir un material multifuncional. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método para producir un material multifuncional que puede adsorber fácilmente incluso compuestos orgánicos volátiles (COVs), que tiene una gran superficie específica y de ese modo exhibe alta actividad fotocatalítica, que tiene alta dureza como revestimiento, y que exhibe excelente resistencia al calor, resistencia a la corrosión, resistencia a la exfoliación y resistencia al desgaste.

Antecedentes de la técnica

Hasta ahora, se sabía que el dióxido de titanio (TiO_{2}) (denominado simplemente como "óxido de titanio" en la presente memoria descriptiva y reivindicaciones anexas) es una sustancia que exhibe una función fotocatalítica. Desde los años 1970 se han hecho intentos para formar una película de óxido de titanio en la superficie de titanio metálico. Los métodos conocidos de formación de películas de óxido de titanio incluyen un método en el que se forma una película de óxido de titanio en la superficie del titanio metálico mediante anodización; un método en el que se forma térmicamente una película de óxido de titanio en la superficie de una lámina de titanio metálico en un horno eléctrico alimentada con oxígeno; y un método en el que una lámina de titanio metálico se calienta en las llamas de la combustión de gas ciudad a 1.100 a 1.400ºC, para formar de ese modo una película de óxido de titanio en la superficie de la lámina de titanio metálico (véase el Documento no Patente 1).

Con el fin de producir un producto fotocatalítico que exhiba efecto desodorante, antibacteriano, antiniebla, o antisuciedad en virtud de su función fotocatalítica, generalmente se reviste un sustrato con coloide líquido de óxido de titanio mediante revestimiento por pulverización, revestimiento por rotación, inmersión, o una técnica parecida, formando de ese modo una película (véanse, por ejemplo, los Documentos de Patente 1 a 3). Sin embargo, la película de revestimiento formado es probable que sufra exfoliación o desgaste, y por lo tanto el producto así producido es difícil de usar durante un periodo de tiempo largo. Mientras tanto, se ha conocido un método para formar un revestimiento fotocatalítico mediante pulverizado por iones (en inglés "sputtering") (véanse, por ejemplo, los Documentos de Patente 4 y 5).

Como también se sabía, cuando los núcleos cristalinos producidos mediante cualquier procedimiento (por ejemplo, CVD o PVD) se colocan en un coloide líquido que contiene un compuesto metálico orgánico o inorgánico, para que de ese modo los cristales de óxido de titanio crezcan a partir de los núcleos cristalinos, o cuando se aplica un coloide líquido a los núcleos cristalinos, seguido de solidificación y tratamiento térmico, para que de ese modo los cristales de óxido de titanio crezcan a partir de los núcleos cristalinos, los cristales de óxido de titanio que han crecido de ese modo adoptan una forma columnar, y exhiben alta actividad fotocatalítica (véanse, por ejemplo, los Documentos de Patente 6 a 8). Sin embargo, en un caso tal, los cristales columnares crecen sólo a partir de cristales de siembra colocados sobre un sustrato, y de ese modo, los cristales columnares que crecieron de ese modo exhiben fuerza de unión insuficiente con el sustrato. Por lo tanto, el fotocatalizador producido así no es necesariamente satisfactorio en términos de durabilidad (por ejemplo, resistencia al desgaste).

Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 09-241.038.

Documento de Patente 2: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 09-262.481.

Documento de Patente 3: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 10-053.437.

Documento de Patente 4: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 11-012.720.

Documento de Patente 5: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 2001-205.105.

Documento de Patente 6: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 2002-253.975.

Documento de Patente 7: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 2002-370.027.

Documento de Patente 8: Solicitud de Patente Japonesa abierta a consulta por el público (kokai) número 2002-370.034.

Documento no Patente 1: A. Fujishima, et al., J. Electrochem. Soc. Vol. 122, No. 11, pp. 1487-1489, Noviembre 1975.

El documento JP-A-2003-335.520 describe un método para producir un pelo de óxido de titanio que comprende calentar una película de aleación Ti-V o Ti-Mo en una atmósfera oxidante para oxidar la película de aleación desde la superficie para que el pelo de óxido de titanio crezca de ese modo desde la superficie de la película de aleación que se ha formado mediante pulverización por iones. Se puede soportar firmemente una sustancia fotocatalítica, tal como una película delgada de óxido de titanio que tenga varios micrómetros de espesor, sobre el pelo de óxido de titanio densamente formado en la superficie de un sustrato mediante el método de producción del documento japonés.

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Descripción de la invención Problemas que se han de resolver por la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir un material multifuncional que exhiba alta actividad fotocatalítica, que pueda adsorber fácilmente incluso COVs, que tenga una alta dureza como revestimiento, y que exhiba excelente resistencia al calor, resistencia a la corrosión, resistencia a la exfoliación, y resistencia al desgaste.

Medios para resolver los problemas

Con el fin de alcanzar el objetivo anteriormente mencionado, el presente inventor ha llevado a cabo estudios extensos. Como resultado, el presente inventor ha encontrado que cuando un sustrato, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, se trata térmicamente en condiciones específicas aplicando una llama de combustión de cualquier combustible deseado directamente a una superficie del sustrato, o cuando la superficie del sustrato se trata térmicamente en una atmósfera de gas que contiene oxígeno en condiciones específicas, se proporciona en el interior de la capa superficial una capa con microcolumnas en forma de bosque (más adelante en la presente memoria una capa tal puede denominarse como una "capa formada por microcolumnas en forma de bosque") que está formada de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio; que cuando la capa formada por microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial, se produce un material que incluye al sustrato y una capa formada por microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de aleación de óxido de titanio expuesta en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y se exponen en la película delgada; y que ambos materiales así producidos son materiales multifuncionales útiles. La presente invención se ha completado sobre la base de estos hallazgos.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un método para producir materiales multifuncionales, caracterizándose el método por comprender tratar térmicamente un sustrato en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de una aleación de titanio, aplicando una llama de combustión directamente a la superficie del sustrato de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, o tratar térmicamente una superficie del sustrato en una atmósfera de gas que contiene oxígeno de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, para proporcionar de ese modo, en el interior de la capa superficial, una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio; y posteriormente cortar la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en paralelo con la capa superficial mediante la aplicación de, por ejemplo, tensión térmica, tensión de cizalla, o fuerza de tracción, para producir de ese modo un material que incluye el substrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.

La presente invención también proporciona un método para producir materiales multifuncionales, estando caracterizado el método por comprender tratar térmicamente un sustrato en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de una aleación de titanio, aplicando una llama de combustión directamente a una superficie del sustrato de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, o tratar térmicamente una superficie del sustrato en una atmósfera de gas que contiene oxígeno de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, para proporcionar de ese modo, en el interior de la capa superficial, una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio; y posteriormente cortar la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en paralelo con la capa superficial mediante la aplicación de tensión térmica debida a la diferencia de temperatura entre la superficie y una superficie posterior del sustrato, para producir de ese modo un material que incluye el substrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y las microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.

Efectos de la invención

El método de producción de la presente invención produce los siguientes materiales multifuncionales: un material que incluye un sustrato y una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio, estando las microcolumnas expuestas en al menos una parte del sustrato; y un material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada. Cada uno de estos materiales exhibe elevada actividad fotocatalítica, puede adsorber fácilmente incluso COVs, tiene elevada dureza como revestimiento, y exhibe excelente resistencia al calor, resistencia a la corrosión, resistencia a la exfoliación, y resistencia al desgaste.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1

La Fig. 1 es una micrografía de un material multifuncional obtenido en el Ejemplo 1.

Fig. 2

La Fig. 2 es una micrografía que muestra el estado de la superficie de una película delgada de un material 3 fragmentado, visto desde el lado opuesto a la superficie de la película delgada que tiene sobre ella numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura formadas de óxido de titanio en la que están expuestas las microcolumnas en forma de bosque.

Fig. 3

La Fig. 3 es una micrografía que muestra el estado de la superficie del material 3 fragmentado, visto desde el lado en el que la película delgada tiene sobre ella numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura formadas de óxido de titanio en las que están expuestas las microcolumnas.

Fig. 4

La Fig. 4 es una micrografía que muestra el estado de una capa 2 formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio.

Fig. 5

La Fig. 5 es una micrografía que muestra el estado de una superficie 1 de la lámina de titanio a la que se le ha retirado la capa 2 formada por microcolumnas en forma de bosque.

Fig. 6

La Fig. 6 es una micrografía que muestra el estado de una capa formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio, estando constituido la capa de un material obtenido en el Ejemplo 5, en la que la capa formada por microcolumnas en forma de bosque está expuesta en la parte mayoritaria de una superficie de la lámina de titanio.

Fig. 7

La Fig. 7 es una gráfica que muestra los resultados obtenidos en el Ejemplo de Ensayo 4 (ensayo antisuciedad).

Fig. 8

La Fig. 8 es una gráfica que muestra los resultados obtenidos en el Ejemplo de Ensayo 5 (estructura cristalina y características de enlace).

Fig. 9

La Fig. 9 es una micrografía SEM que muestra una probeta calentada durante 120 segundos en el Ejemplo 8.

Fig. 10

La Fig. 10 es una micrografía SEM que muestra una probeta calentada durante 180 segundos en el Ejemplo 8.

Fig. 11

La Fig. 11 es una micrografía SEM que muestra una probeta calentada durante 480 segundos en el Ejemplo 8.

Los mejores modos de llevar a cabo la invención

El sustrato empleado en el método de producción de la presente invención, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, puede estar totalmente formado de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio. Alternativamente, el sustrato puede incluir una capa formadora de la superficie superior formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, y una base formada por un material diferente a tal material de titanio. No se impone limitación particular a la forma del sustrato para proporcionar un producto final que exhiba actividad fotocatalítica, y el sustrato puede tener cualquier forma (por ejemplo, una forma de lámina plana o una forma tridimensional).

En el caso en el que el sustrato, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, incluye una capa formadora de la superficie superior formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, y una base formada por un material diferente a tal material de titanio, el espesor (cantidad) de la capa formadora de la superficie superior puede ser igual a la de la capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio (es decir, la totalidad de la capa formadora de la superficie superior actúa como la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formada de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio), o puede ser mayor que la de la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio (es decir, una parte de la capa formadora de la superficie superior (en una dirección de espesor) actúa como la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque, y la parte restante no sufre ningún cambio). No se impone limitación particular al material de la base, con tal de que el material no arda, funda, o se deforme durante el tratamiento térmico en el método de producción de la presente invención. La base puede estar formada, por ejemplo, de hierro, una aleación de hierro, una aleación no ferrosa, vidrio, o material cerámico. Un sustrato tal incluye una capa superficial formadora de película delgada y una base se puede preparar mediante, por ejemplo, un procedimiento en el que se forma un revestimiento de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio en la superficie de una base mediante pulverizado por iones, deposición de vapor, pulverización, o una técnica parecida, o un procedimiento en el que un coloide líquido de óxido de titanio comercialmente disponible se aplica sobre la superficie de una base mediante revestimiento por pulverización, revestimiento por rotación, o inmersión, para formar de ese modo un revestimiento en la superficie base. El espesor de la capa superficial así formada es preferiblemente de 0,5 \mum o más, más preferiblemente 4 \mum o más.

En el método de producción de la presente invención, no se impone limitación particular en la aleación de titanio empleada, y se pueden emplear distintas aleaciones de titanio conocidas. Ejemplos de aleaciones de titanio que se pueden emplear incluyen Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si, Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-0,3Mo-1Nb-0,3Si, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-15Mo-5Zr, y Ti-13V-11Cr-3Al.

El método de producción de la presente invención emplea una llama de combustión o una atmósfera de gas que contiene oxígeno a alta temperatura. La llama de combustión puede proceder de, por ejemplo, un combustible sólido, hidrógeno, o un gas que contiene predominantemente un hidrocarburo. Como se usa en la presente memoria, la expresión "gas que contiene predominantemente un hidrocarburo" se refiere a un gas que contiene un hidrocarburo en una cantidad de 50% en volumen o más; por ejemplo, un gas que contiene, en una cantidad de 50% en volumen o más, gas natural, LPG, un hidrocarburo (por ejemplo, metano, etano, propano, butano, etileno, propileno, o acetileno), o una de sus mezclas gaseosas apropiada, y que contiene, por ejemplo, aire, hidrógeno, u oxígeno en una cantidad apropiada. No se impone limitación particular en los componentes (aparte de oxígeno) de la atmósfera de gas que contiene oxígeno, siempre que la atmósfera contenga oxígeno. La atmósfera de gas puede ser, por ejemplo, gas de escape generado mediante combustión del combustible mencionado anteriormente, gas no quemado del combustible mencionado anteriormente, o un gas que no contiene el combustible mencionado anteriormente. En el método de producción de la presente invención, cuando la capa superficial del sustrato que se trata térmicamente está formada de titanio o de aleación de titanio, se requiere oxígeno para oxidar la capa superficial, y la llama de combustión o el gas de escape de combustión empleado debe contener aire u oxígeno en una cantidad necesaria para oxidar la capa superficial.

En el método de producción de la presente invención, el sustrato, que tiene una capa superficial formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, se trata térmicamente a alta temperatura aplicando una llama de combustión directamente a una superficie del sustrato; o la superficie del sustrato se trata térmicamente a alta temperatura en una atmósfera de gas que contiene oxígeno. El tratamiento térmico se puede llevar a cabo por medio de, por ejemplo, un quemador de gas, o se puede llevar a cabo en un horno.

Se debe regular la temperatura y el tiempo para el tratamiento térmico de manera que se proporcione una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio en el interior de la capa superficial formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio; y posteriormente la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial mediante la aplicación de, por ejemplo, tensión térmica, tensión de cizalla, o fuerza de tensión, para producir de ese modo un material que incluye el sustrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y se exponen en la película delgada. Preferiblemente, el tratamiento térmico se lleva a cabo de 600 a 1.500ºC durante más de 200 segundos, o a una temperatura mayor de 1.500ºC. Más preferiblemente, el tratamiento térmico se lleva a cabo de 600 a 1.500ºC durante más de 400 segundos, o a una temperatura mayor de 1.500ºC.

El tratamiento térmico en las condiciones anteriormente mencionadas forma una pieza intermedia que incluye una capa formada por microcolumnas en forma de bosque (altura de la capa: aproximadamente 1 a aproximadamente
20 \mum, diámetro promedio de las microcolumnas: aproximadamente 0,2 a aproximadamente 3 \mum), y una película delgada colocada sobre la capa y que tiene un espesor de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10 \mum. Después de esto, la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial mediante la aplicación de, por ejemplo, tensión térmica, tensión de cizalla, o fuerza de tracción, para producir de ese modo un material que incluye el substrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato (es decir, se puede exfoliar de la capa la totalidad de la película delgada, que está colocada en la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en el sustrato, o se puede dejar de exfoliar una parte de la película delgada y permanecer en la capa), así como un material que incluye la película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.

Cuando la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial mediante, por ejemplo, la aplicación de tensión térmica, una cualquiera de las superficies y una superficie posterior del sustrato se enfría o se calienta para proporcionar de ese modo una diferencia de temperatura entre estas superficies. En este caso, el enfriamiento se lleva a cabo, por ejemplo, poniendo en contacto la superficie o la superficie posterior de la pieza intermedia caliente anteriormente mencionada con un objeto frío (por ejemplo, un bloque de acero inoxidable), o soplando aire de enfriamiento (aire a temperatura ambiente) a la superficie o a la superficie posterior de la pieza intermedia caliente anteriormente mencionada. Cuando la pieza intermedia caliente se deja enfriar, se genera tensión térmica, pero la tensión es pequeña.

Cuando la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial mediante, por ejemplo, la aplicación de tensión de cizalla, se aplica fuerza de fricción a la superficie y a la superficie posterior de la pieza intermedia anteriormente mencionada en direcciones relativamente opuestas. Cuando la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial mediante la aplicación, por ejemplo, de fuerza de tensión, se aplica fuerza de tensión a la superficie y a la superficie posterior de la pieza intermedia anteriormente mencionada en direcciones perpendicularmente opuestas a las superficies, por medio, por ejemplo, de ventosas de aspiración a vacío. En el caso en el que sólo un material, en el que la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio se exponga en al menos una parte del sustrato, se separe de la totalidad, se puede eliminar, mediante molienda, pulverizado por iones, o una técnica similar, una parte de la pieza intermedia anteriormente mencionada, la parte correspondiente a un material que incluye la película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él y formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio, y microcolumnas en forma de bosque expuestas en las protuberancias

En el material así obtenido, en el que la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio se expone en al menos una parte del sustrato, la altura de la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque varía dependiendo del nivel de las microcolumnas al cual la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial. Sin embargo, generalmente la altura de la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque es aproximadamente 1 a aproximadamente 20 \mum, y el diámetro promedio de las microcolumnas es aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3 \mum. Este material es un material multifuncional que puede adsorber fácilmente COVs, que tiene una gran superficie específica y de ese modo exhibe alta actividad fotocatalítica, que tiene alta dureza como revestimiento, y que exhibe excelente resistencia al calor, resistencia a la corrosión, resistencia a la exfoliación, y resistencia al desgaste.

Mientras tanto, el material obtenido anteriormente que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él y formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio, y microcolumnas en forma de bosque expuestas en las protuberancias, está en forma de pequeños fragmentos, y las protuberancias de cada uno de los fragmentos tiene una altura de aproximadamente 2 a aproximadamente 12 \mum. La altura de las microcolumnas varía dependiendo del nivel de las microcolumnas al cual la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque se corta en paralelo con la capa superficial, pero generalmente la altura de las microcolumnas es aproximadamente 1 a aproximadamente 5 \mum, y el diámetro promedio de las microcolumnas es aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,5 \mum. Sin embargo, en algunas condiciones para cortar la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en paralelo con la capa superficial, no puede haber prácticamente microcolumnas en numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura, y las protuberancias pueden estar expuestas. Este material también puede adsorber COVs, tiene una gran superficie específica, y por ello exhibe alta actividad fotocatalítica. Este material se puede emplear como tal, o se puede pulverizar antes de usarlo. El producto pulverizado también puede adsorber fácilmente COVs, tiene una gran superficie específica, y por ello exhibe alta actividad fotocatalítica.

En el método de producción de la presente invención, mediante el control de las condiciones del tratamiento térmico (temperatura y tiempo de tratamiento), se pueden dopar con carbón las microcolumnas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio, las numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura, o las microcolumnas en forma de bosque colocadas en las protuberancias, y se puede regular la cantidad de dopado con carbón. En el caso del dopado con carbón, por ejemplo, se emplea un gas que contiene predominantemente un hidrocarburo como un combustible para generar una llama de combustión o un gas de escape de combustión. El gas que contiene al hidrocarburo preferiblemente contiene un hidrocarburo insaturado en una cantidad de 30% en volumen o más. Más preferiblemente, el gas que contiene al hidrocarburo contiene acetileno en una cantidad de 50% en volumen o más. Lo más preferiblemente, el gas que contiene al hidrocarburo contiene 100% de acetileno. Cuando se emplea un hidrocarburo insaturado (en particular, acetileno, que tiene un triple enlace carbono-carbono), durante la combustión del hidrocarburo se forman radicales carbonados intermedios mediante la descomposición de tal enlace insaturado, particularmente en una llama reductora. Los radicales carbonados así formados, los cuales exhiben fuerte actividad, es probable que produzcan dopado con carbón, y el carbón de dopado se incluye en forma de enlace Ti-C. Así, cuando se dopan con carbón las microcolumnas formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio, las numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura, o las microcolumnas colocadas en las protuberancias, estas microcolumnas o protuberancias exhiben dureza mejorada, y por lo tanto el material multifuncional resultante exhibe propiedades mecánicas mejoradas (es decir, dureza como revestimiento y resistencia al desgaste), así como resistencia al calor y resistencia a la corrosión mejoradas.

Cuando se dopan con carbón la capa formada por las microcolumnas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio, las numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura, o las microcolumnas colocadas en las protuberancias, el material resultante responde a la luz visible que tiene una longitud de onda de 400 nm o más (sin mencionar los rayos UV), y es particularmente efectivo como un fotocatalizador. Esto es, el material se puede emplear como un fotocatalizador que responde a la luz visible y exhibe función fotocatalítica incluso en el interior de las instalaciones (sin mencionar en el exterior).

En una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio en un sustrato, capa que se forma mediante el método de producción de la presente invención, como se muestra en las micrografías de las Figuras 1, 4 y 6, cada una de las microcolumnas tiene, por ejemplo, una forma prismática, una forma cilíndrica, una forma piramidal, una forma cónica, una forma piramidal invertida, o una forma cónica invertida. Por ejemplo, cada una de las microcolumnas se extiende recta en una dirección perpendicular u oblicua a la superficie del sustrato, se extiende en una forma curva o doblada, se extiende en una forma ramificada, o se extiende en una forma combinada de ellas. La totalidad de la forma de las microcolumnas se puede representar mediante diversas expresiones, incluyendo una forma de cristal de hielo, una forma de alfombra levantada, una forma de coral, una forma de columnas, y una forma de columnas construida con bloques unitarios. La anchura, altura, tamaño en la base, etc., de las microcolumnas varía dependiendo, por ejemplo, de las condiciones del tratamiento térmico.

En un material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él y que están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio, y microcolumnas en forma de bosque expuestas en las protuberancias, material que se forma mediante el método de producción de la presente invención, como se muestra mediante una micrografía de la Figura 3, las numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura tienen la apariencia del exterior de la cáscara de nuez o la apariencia de piedra pómez, y cada una de las protuberancias continuas de pequeña anchura tiene una apariencia similar a la de una arruga torcida o un patrón similar a un rizado. La forma de las microcolumnas expuestas en las protuberancias es parecido al de las microcolumnas que constituyen la capa colocada sobre el sustrato. Sin embargo, debido a que la mayoría de las microcolumnas se cortan en las partes de unión entre las microcolumnas y la película delgada, generalmente la densidad de las microcolumnas expuestas en las protuberancias es menor que la de las microcolumnas que constituyen la capa colocada sobre el sustrato.

Ejemplos

A continuación se describirá la presente invención en más detalle con referencia a Ejemplos y Ejemplos Comparativos.

Ejemplos 1 a 5

Se trató térmicamente una superficie de una lámina de titanio (espesor: 0,3 mm) con una llama de combustión de un combustible mostrado en la Tabla 1, a una temperatura de capa superficial mostrada en la Tabla 1, durante un periodo de tiempo mostrado en la Tabla 1. Después de esto, cuando la superficie sometida a la llama de combustión se puso en contacto con una superficie plana de un bloque de acero inoxidable (espesor: 30 mm) para enfriar la lámina, el producto resultante se separó en un material que incluía la lámina de titanio y una capa formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio, la capa expuesta en la parte mayoritaria de la superficie de la lámina de titanio; y materiales fragmentados, incluyendo cada uno una película delgada, numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en los que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio y expuestas en la película delgada. Específicamente, la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio, que se ha formado en el interior de la capa superficial de la lámina de titanio mediante tratamiento térmico, se cortó en paralelo con la capa superficial mediante enfriamiento después del tratamiento térmico. Así se obtuvieron los materiales multifuncionales de los Ejemplos 1 a 5.

La Fig. 1 es una micrografía del material multifuncional obtenido en el Ejemplo 1. La Fig. 1 muestra el estado en el que una capa 2 formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio se expone en una superficie 1 de la lámina de titanio; y un material 3 fragmentado permanece en una parte de la capa 2, incluyendo el material 3 fragmentado una película delgada, numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en los que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio y expuestas en la película delgada. Una superficie de lámina de titanio tal generalmente no se expone en el caso en el que se produce un material multifuncional mediante el método de producción de la presente invención; es decir, la micrografía de la Fig. 1 muestra el estado en el que una parte de la capa 2, formada por las microcolumnas en forma de bosque, se retira de la superficie 1 de la lámina de titanio. La Fig. 2 es una micrografía que muestra el estado de la superficie de la película delgada del material 3 fragmentado, visto desde el lado opuesto a la superficie de la película delgada que tiene sobre ella numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura formadas de óxido de titanio, en las que están expuestas las microcolumnas. La Fig. 3 es una micrografía que muestra el estado de la superficie del material 3 fragmentado, visto desde el lado en el que la película delgada tiene sobre ella las numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura formadas de óxido de titanio en las que están expuestas las microcolumnas. La Fig. 4 es una micrografía que muestra el estado de la capa 2 formada por las microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio. La Fig. 5 es una micrografía que muestra el estado de la superficie 1 de la lámina de titanio a la que se le ha retirado la capa 2 formada por las microcolumnas en forma de bosque. La Fig. 6 es una micrografía que muestra el estado de la capa formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio, estando constituido la capa del material obtenido en el Ejemplo 5, en el que la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque está expuesta en la parte mayoritaria de la superficie de la lámina de titanio.

Ejemplo 6

Una superficie de una lámina de aleación Ti-6Al-4V (espesor: 0,3 mm) se trató térmicamente con una llama de combustión de un combustible mostrado en la Tabla 1, a una temperatura de capa superficial mostrada en la Tabla 1, durante un periodo de tiempo mostrado en la Tabla 1. Después de esto, cuando la superficie sometida a la llama de combustión se puso en contacto con una superficie plana de un bloque de acero inoxidable (espesor: 30 mm) para enfriar la lámina, el producto resultante se separó en un material que incluía la lámina de aleación de titanio y una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de un óxido de aleación de titanio, la capa expuesta en la parte mayoritaria de la superficie de la lámina de aleación de titanio; y materiales fragmentados, incluyendo cada uno una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en los que las protuberancias y microcolumnas están formadas de un óxido de aleación titanio y expuestas en la película delgada.

Ejemplo 7

Se formó una película delgada de titanio (espesor: aproximadamente 3 \mum) en una lámina de acero inoxidable (SUS316) (espesor: 0,3 mm) mediante deposición por haz de electrones. Una superficie de la película delgada se trató térmicamente con una llama de combustión de un combustible mostrado en la Tabla 1, a una temperatura de capa superficial mostrada en la Tabla 1, durante un periodo de tiempo mostrado en la Tabla 1. Después de esto, cuando la superficie sometida a la llama de combustión se puso en contacto con una superficie plana de un bloque de acero inoxidable (espesor: 30 mm) para enfriar la lámina, el producto resultante se separó en un material que incluía la lámina de acero inoxidable y una capa formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio, la capa expuesta en la parte mayoritaria de la superficie de la lámina de acero inoxidable; y materiales fragmentados, incluyendo cada uno una película delgada, numerosas protuberancias blancas continuas de pequeña anchura colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en los que las protuberancias y microcolumnas están formadas de un óxido de aleación titanio y expuestas en la película delgada.

Ejemplo Comparativo 1

Un coloide líquido de óxido de titanio disponible comercialmente (STS-01, producto de Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.) se aplico a una lámina de titanio (espesor: 0,3 mm) mediante revestimiento por rotación, seguido por calentamiento, para formar de ese modo sobre la lámina de titanio un revestimiento de óxido de titanio que exhibe adhesión mejorada.

Ejemplo de Ensayo 1

Ensayo de dureza al rayado: método del lápiz

Se sometió cada uno de los materiales obtenidos en los Ejemplos 1 a 7 (probetas), en los que se expone una capa formada por microcolumnas en forma de bosque en la superficie de una lámina base, al ensayo de dureza al rayado con lápiz según JIS K 5600-5-4 (1999) mediante el uso de lápices (Uni 1H a 9H, productos de Mitsubishi Pencil Co., Ltd.). El ensayo se llevó a cabo en la superficie del material en el lado de las microcolumnas. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Como se muestra en la Tabla 1, incluso cuando se empleó el lápiz 9H no se observó daño en ninguna de las probetas.

Ejemplo de Ensayo 2

Ensayo de resistencia química

Se sumergió cada uno de los materiales obtenidos en los Ejemplos 1 a 7 (probetas), en los que se expone una capa formada por microcolumnas en forma de bosque en la superficie de una lámina base, en una disolución acuosa de ácido sulfúrico 1 M o en una disolución acuosa de hidróxido sódico 1 M a temperatura ambiente durante una semana, seguido por lavado con agua y secado. Después de esto, el material así tratado se sometió al ensayo de dureza al rayado con lápiz de manera parecida a la descrita anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Como se muestra en la Tabla 1, incluso cuando se empleó el lápiz 9H no se observó daño en ninguna de las probetas; es decir, los materiales de los Ejemplos 1 a 7 exhibieron alta resistencia química.

Ejemplo de Ensayo 3

Ensayo de resistencia al calor

Se colocó en un horno tubular cada uno cada uno de los materiales obtenidos en los Ejemplos 1 a 7 (probetas), en los que se expone una capa formada por microcolumnas en forma de bosque en la superficie de una lámina base; el material se calentó en una atmósfera de aire desde temperatura ambiente hasta 500ºC en una hora; el material se mantuvo a 500ºC durante dos horas; y el material se dejó enfriar a temperatura ambiente en una hora. Después de esto, el material así tratado se sometió al ensayo de dureza al rayado con lápiz de manera parecida a la descrita anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Como se muestra en la Tabla 1, incluso cuando se empleó el lápiz 9H no se observó daño en ninguna de las probetas; es decir, los materiales de los Ejemplos 1 a 7 exhibieron alta resistencia al calor.

TABLA 1

1

Ejemplo de Ensayo 4

Ensayo antisuciedad

Se emplearon, como muestras, el material (superficie específica: 8 cm^{2}) obtenido en el Ejemplo 4, en el que una capa formada por microcolumnas en forma de bosque se expone en la superficie de una lámina base, y la lámina de titanio revestida de óxido de titanio (superficie específica: 8 cm^{2}) obtenida en el Ejemplo Comparativo 1. Cada una de las muestras se sometió al ensayo desodorante. Específicamente, cada una de las muestras se sumergió en una disolución acuosa de azul de metileno (80 ml, concentración de azul de metileno: aproximadamente 12 \mumol/l). Después de que el efecto de la adsorción inicial en la disminución de la concentración del azul de metileno se volviese insignificante, la disolución acuosa se irradió con luz visible por medio de una lámpara fluorescente con un filtro de corte UV (producto de Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.), y se midió la absorbancia de la disolución acuosa de azul de metileno a 660 nm a un intervalo predeterminado de tiempo de irradiación por medio de un aparato de inspección de la calidad del agua (DR/2400, producto de HACH). Los resultados se muestran en la Fig. 7.

Como queda claro de la Fig. 7, el material obtenido en el Ejemplo 4, en el que se expone una capa formada de microcolumnas en forma de bosque en la superficie de una lámina base, degrada el azul de metileno a una velocidad más alta, comparado con el caso de la lámina de titanio revestida con óxido de titanio obtenida en el Ejemplo Comparativo 1; es decir, el material del Ejemplo 4 exhibe alto efecto antisuciedad.

Ejemplo de Ensayo 5

Estructura cristalina y características de enlace

Una muestra recogida de las microcolumnas del material obtenido en el Ejemplo 3, en el que una capa formada de microcolumnas en forma de bosque se expone en la superficie de una lámina base, se sometió a difractometría de rayos-X (XRD), y como resultado se encontró que la muestra tiene una estructura de cristal de rutilo.

Las microcolumnas del material obtenido en el Ejemplo 3, en el que una capa formada por microcolumnas en forma de bosque se expone en la superficie de una lámina base, se sometieron a análisis por medio de un espectrómetro de fotoelectrón de rayos X (XPS) en las siguientes condiciones: voltaje de aceleración: 10 kV, ánodo: Al, pulverizado de iones de Ar: 2.700 segundos. Cuando la velocidad de pulverizado es 0,64 \ring{A}/s, que se corresponde con el de la película de SiO_{2}, la profundidad es aproximadamente 173 nm. Los resultados del análisis XPS se muestran en la Fig. 8. El pico mayor se observa a una energía de enlace de 284,6 eV. Este pico se considera que corresponde a un enlace C-H(C), que se observa generalmente mediante análisis Cls. El segundo pico mayor se observa a una energía de enlace de 281,6 eV. La energía de enlace de un enlace Ti-C es 281,6 eV, y por ello las microcolumnas del material del Ejemplo 3 se consideran que están dopadas con C en forma de enlace Ti-C. El análisis XPS se llevó a cabo en 14 puntos a diferentes niveles de altura de las microcolumnas, y como resultado se observó un pico parecido al descrito anteriormente a 281,6 eV o cerca de ese valor en un espectro XPS correspondiente a cada uno de los puntos.

Ejemplo 8

Se emplearon como probetas láminas circulares de titanio, que tenían cada una un diámetro de 32 mm y un espesor de 0,3 mm. Se calentaron las superficies de las probetas por medio de una llama de combustión de acetileno de manera que la temperatura superficial se mantuvo a aproximadamente 1150ºC. Una primera probeta se calentó durante 120 segundos y después se dejó enfriar. Una segunda probeta se calentó durante 180 segundos y después se dejó enfriar. Una tercera probeta se calentó durante 480 segundos e, inmediatamente después de ello, la superficie sometida a la llama de combustión se puso en contacto con una superficie plana de un bloque de acero inoxidable (espesor: 30 mm) para enfriar la probeta. Mediante este enfriamiento, se exfolió una película delgada de la superficie de la lámina de titanio, para producir de ese modo un material en el que se expone una capa formada por microcolumnas blancas en forma de bosque de óxido de titanio en la superficie de la lámina de titanio. Se dispusieron agujeros, que tenían cada uno un tamaño de 3 \mum x 12 \mum y una profundidad de 10 \mum, en la superficie de cada uno de estas tres probetas por medio de un aparato FIB-SEM (SMI8400SE, producto de Seiko Instruments Inc.), y las superficies laterales y la superficie inferior de cada uno de los agujeros se observaron por medio de un aparato SEM (VE7800, producto de Keyence Corporation). La Fig. 9 es una micrografía SEM que muestra la probeta calentada durante 120 segundos; la Fig. 10 es una micrografía SEM que muestra la probeta calentada durante 180 segundos; y la Fig. 11 es una micrografía SEM que muestra la probeta calentada durante 480 segundos. Como se muestra en la Fig. 10, en la probeta calentada durante 180 segundos comienza a formarse una estructura de microcolumnas en la parte inferior de un revestimiento. Por lo tanto, presumiblemente el tratamiento continuo adicional con una llama extiende las microcolumnas, para formar de ese modo una estructura de microcolumnas como se pretendía mediante la presente invención.

Claims

1. Un método para producir materiales multifuncionales, caracterizado porque el método comprende tratar térmicamente un sustrato, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, aplicando una llama de combustión directamente a una superficie del sustrato, de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, o tratando térmicamente una superficie del sustrato en una atmósfera de gas que contiene oxígeno, de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, para proporcionar de esa forma, en el interior de la capa superficial, una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio; y posteriormente cortar la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en paralelo con la capa superficial, para producir de ese modo un material que incluye al sustrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada; numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.

2. Un método para producir materiales multifuncionales según la reivindicación 1, caracterizado porque el método comprende tratar térmicamente un sustrato en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, aplicando una llama de combustión directamente a una superficie del sustrato, de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, o tratando térmicamente una superficie del sustrato en una atmósfera de gas que contiene oxígeno, de manera que la temperatura de la capa superficial se eleva a 600ºC o más alta, para proporcionar de esa forma, en el interior de la capa superficial, una capa formada por microcolumnas en forma de bosque de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio; y posteriormente cortar la capa formada por las microcolumnas en forma de bosque en paralelo con la capa superficial mediante la aplicación de tensión térmica debida a una diferencia en la temperatura entre la superficie y una superficie posterior del sustrato, para producir de ese modo un material que incluye al sustrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, así como un material que incluye una película delgada; numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre ella, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de una óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.

3. Un método para producir materiales multifuncionales según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el sustrato, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, está totalmente formado de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio.

4. Un método para producir materiales multifuncionales según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el sustrato, en el que al menos una de sus capas superficiales está formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, incluye una capa formadora de la superficie superior formada de titanio, óxido de titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, y una base formada de un material diferente a tal material de titanio.

5. Un método para producir materiales multifuncionales según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la aleación de titanio es Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si, Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-0,3Mo-1Nb-0,3Si, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-15Mo-5Zr, o Ti-13V-11Cr-3Al.

6. Un método para producir materiales multifuncionales según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el tratamiento térmico se lleva a cabo de 600 a 1500ºC durante más de 200 segundos, o a una temperatura mayor que 1500ºC.

7. Un método para producir materiales multifuncionales según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las microcolumnas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio se dopan con carbón.

8. Un método para producir materiales multifuncionales según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende separar y recoger el material que incluye al sustrato y una capa formada por las microcolumnas en forma de bosque formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio expuestas en al menos una parte del sustrato, y el material que incluye una película delgada, numerosas protuberancias continuas de pequeña anchura que están colocadas sobre él, y microcolumnas en forma de bosque formadas en las protuberancias, en el que las protuberancias y microcolumnas están formadas de óxido de titanio o de un óxido de aleación de titanio y expuestas en la película delgada.