由于锐钛矿型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛矿型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃、空气中的熔点 （1830±15）℃、富氧中的熔点1879℃，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为 （3200±300）K，在此高温下二氧化钛稍有挥发性。

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二氧化钛按莫氏硬度10分制标度，金红石型二氧化钛为6~6.5，锐钛矿型二氧化钛为5.5~6.0，因此在化纤消光中为避免磨损喷丝孔而采用锐钛型。二氧化钛虽有亲水性，但吸湿性不太强，金红石型与锐钛型相比较小。二氧化钛的吸湿性与其表面积的大小有一定关系，表面积大，吸湿性高。二氧化钛的吸湿性也与表面处理及性质有关。
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由于二氧化钛能够有效反射太阳光的直射，并且其性质稳定，具有良好的遮盖能力，如若喷洒在平流层能够长期发挥作用。英国科学家提出，可利用高空气球将这一化学物质带入到平流层，然后进行释放，一旦二氧化钛均匀分布在地球平流层之后，能够有效反射太阳光，从而为地球降温。

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