عشر خصائص للبودرة فائقة النعومة
بشكل عام ، نحدد المسحوق بحجم جسيم أقل من 1 ميكرومتر كمسحوق متناهي الصغر. مسحوق متناهية الصغر له تأثيرات سطحية مختلفة وتأثيرات حجم من المواد الصلبة الأصلية أو الجسيمات الخشنة ، ويعرض خصائص مثل البصريات ، والكهرباء ، والمغناطيسية ، والحرارة ، والحفز ، والميكانيكا.
تأثير السطح
الفرق الكبير بين المسحوق متناهية الصغر والأجسام العيانية هو الزيادة في عدد ذرات السطح ، ومساحة سطحه الكبيرة المحددة ، ولا يمكن تجاهل تأثير السطح.
من الناحية الفيزيائية ، الذرات السطحية ليست مثل الذرات الداخلية ، والذرات الداخلية تخضع لقوة الذرات المحيطة المتناظرة. إن موقع الفضاء حيث توجد ذرات السطح غير متماثل ، ويتم جذبها من جانب واحد بواسطة ذرات الجسم ، مما يعني أن طاقة ذرات السطح أعلى من طاقة ذرات الجسم.
تأثير الكم
يشير التأثير الكمومي إلى ظاهرة أنه عندما ينخفض حجم الجسيم إلى قيمة معينة ، تتغير الإلكترونات القريبة من مستوى فيرمي المعدني من شبه متصلة إلى منفصلة.
وفقًا لنظرية نطاق الطاقة للمواد الصلبة ، لم تعد إلكترونات التوصيل تنتمي إلى ذرة واحدة عند التحرك في مجال الجهد الدوري للبلورة ، ولكنها تنتمي إلى البلورة بأكملها. نتيجة لهذا الإعلان ، تصبح حالة طاقة الإلكترون في البلورة شبه مستمرة. نطاق الطاقة ، أي أن فرق الطاقة بين مستويات الطاقة المجاورة أصغر بكثير من الطاقة الحرارية.
الخواص البصرية
غالبًا ما يختلف لون جزيئات المعدن عن لون المواد السائبة. عندما يكون حجم الجسيمات المعدنية أقل من قيمة معينة ، فإنها تظهر عادة باللون الأسود بسبب الامتصاص الكلي لموجات الضوء. بالإضافة إلى امتصاص موجات الضوء ، يكون للجسيمات متناهية الصغر أيضًا تأثير تشتت.
بالنسبة للجسيمات المتناهية الصغر التي يقل حجمها عن بضعة أعشار من الطول الموجي للضوء ، فإن شدة الضوء المبعثر تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة للطول الموجي. لذلك ، فإن تشتت ضوء الشمس بواسطة الغبار في الغلاف الجوي يجعل السماء صافية زرقاء.
يظهر محلول الطين متناهي الصغر شديد التشتت في الماء ، عند النظر إليه من الجانب على خلفية داكنة ، أزرق-أبيض ، كما لو كان عكرًا بعض الشيء. في الواقع ، هذا هو نتيجة جزيئات الطين متناهية الصغر في الجزء المبعثر للمحلول من الضوء الساقط.
الخصائص الكهربائية
المواد المعدنية لها الموصلية ، ولكن الموصلية لجزيئات المعادن النانوية تقل بشكل كبير. عندما تكون طاقة المجال الكهربائي أقل من الفاصل الزمني لمستوى طاقة الانقسام ، ستتحول موصلية المعدن إلى عزل كهربائي.
الخواص المغناطيسية
لطالما كانت الخصائص المغناطيسية للمساحيق متناهية الصغر ، وخاصة اعتماد الخصائص المغناطيسية للجسيمات المغناطيسية الحديدية على حجم الجسيمات ، موضع اهتمام.
بالنسبة للمواد المغناطيسية السائبة ، عندما تكون في الحالة المحايدة المغناطيسية ، عادة ما يتم تشكيل العديد من المجالات المغناطيسية ، وسيتم مغناطيس العزم المغناطيسي في كل مجال مغناطيسي تلقائيًا على طول اتجاه أدنى طاقته. بين المجال المغناطيسي والمجال المغناطيسي ، هناك طبقة انتقالية يتغير اتجاه مغنطيتها باستمرار ، وهو ما يسمى الجدار المغناطيسي.
يخضع ترتيب الاتجاه الفوضوي للمجالات المغناطيسية في الواقع لمبدأ الحد الأدنى من الطاقة للمغناطيس الحديدي بأكمله ، مما يتسبب في أن تكون المغنطة العيانية صفرًا في الحالة المحايدة المغناطيسية. يعتمد اتجاه متجه المجال المغناطيسي في المجال المغناطيسي بشكل عام على نوع التباين المغناطيسي.
تستخدم مساحيق متناهية الصغر المغناطيسية على نطاق واسع. كوسائط تسجيل مغناطيسية ، هناك γ-Fe2O3 و FeCo metal و CrO2 و TixCOxO19 و BaFe12-2x و Fe4N و Co-γ-γ-Fe2O3. كسائل مغناطيسي ، هناك العديد من مساحيق الفريت النانوية مثل Fe3O4 وجزيئات نانو من الحديد والنيكل والكوبالت وسبائكها. عند استخدامها كسائل مغناطيسي ، يجب تغليف سطح الجسيمات الدقيقة بطبقة من الجزيئات العضوية طويلة السلسلة.
نظرًا لصغر حجم مسحوق النانو ومساحة السطح المحددة الكبيرة ، يكون لطلاء السطح أيضًا تأثير أكبر على خصائصه المغناطيسية.
الخصائص الحرارية
يؤدي التغيير في حجم الجسيمات إلى تغيير في مساحة السطح المحددة ، مما يغير الإمكانات الكيميائية للجسيمات ويغير الخصائص الديناميكية الحرارية. لحجم الجسيمات تأثير كبير على الخصائص الديناميكية الحرارية. عندما يصبح حجم الجسيمات أصغر ، ستزداد طاقة السطح بشكل كبير ، بحيث يمكن إذابة المسحوق متناهية الصغر أو تلبيده عند درجة حرارة أقل من نقطة انصهار المادة السائبة.
الخصائص التحفيزية
للتفاعلات التحفيزية غير المتجانسة ، من أجل تحسين كفاءة التحفيز ، من الضروري زيادة مساحة السطح المحددة للمحفز وتقليل حجم الجسيمات ، ولكن ليس الوحيد.
تميل بعض المحفزات إلى إظهار القيمة القصوى للكفاءة التحفيزية عندما يكون حجم الجسيم مناسبًا. لذلك ، من الضروري دراسة تأثير حجم الجسيم وحالة سطح المحفز على النشاط الحفاز.
الخواص الميكانيكية
تزداد صلابة المواد المعدنية التقليدية مع صقل الحبوب ، وتزداد الخواص الميكانيكية الأساسية للمواد المعدنية الحبيبية الخشنة مع انخفاض حجم الحبيبات.
بالنسبة لبعض المواد الصلبة النانوية المعدنية النقية ، مثل البلاديوم والنحاس والفضة والنيكل والسيلينيوم ، وما إلى ذلك ، تزداد الصلادة الدقيقة في درجة حرارة الغرفة بشكل كبير مقارنة مع الحبوب الخشنة المقابلة. ولكن بالنسبة للمواد النانوية للمركبات بين المعادن ، عندما يكون الحجم أقل من حجم حرج معين ، حيث يصبح حجم الحبيبات أصغر ، تقل الصلابة بدلاً من ذلك.
ترتيب الذرات في مادة صلبة نانوية
في دراسة الخصائص الميكانيكية للمواد النانوية ، يهتم الناس أكثر بمواد السيراميك النانوي. تتمتع مواد النانو سيراميك باستقرار كيميائي جيد وصلابة عالية ومقاومة درجات الحرارة العالية ، والتي من المتوقع أن تتغلب على أوجه القصور في عدم القدرة على التشكيل ، والضعف ، وعدم اللدونة.
خصائص مقاومة المغناطيسية
إن ما يسمى بتأثير المقاومة المغناطيسية هو التغير في المقاومة الناتج عن المجال المغناطيسي.
بغض النظر عن فيلم الجسيمات أو الفيلم متعدد الطبقات ، من أجل الحصول على تأثير مقاومة مغناطيسي كبير ، يجب أن يكون حجم الجسيمات أو سمك الطبقة المغناطيسية وغير المغناطيسية أقل من متوسط المسار الحر للإلكترونات. وبهذه الطريقة ، بالإضافة إلى التشتت المرتبط بالدوران ، يتم نقل الإلكترونات في العملية. أقل عرضة للتشتت الآخر ، يمكن أن يظل اتجاه الدوران دون تغيير.
نظرًا لأن متوسط المسار الحر للإلكترونات عادة ما يكون من بضعة نانومترات إلى 100 نانومتر ، فإن تأثير المقاومة المغناطيسية العملاق يمكن أن يظهر فقط في أنظمة المقياس النانوي.
خصائص الحل
- حركة الجسيمات متناهية الصغر في المحلول
في محلول أو معلق به جزيئات مسحوق متناهية الصغر كمذاب ، يكون للجسيمات متناهية الصغر أيضًا تأثير انتشار من منطقة تركيز عالية إلى منطقة تركيز منخفض. في الوقت نفسه ، هناك أيضًا حركة براونية.
- امتزاز الجسيمات متناهية الصغر في المحلول
الامتزاز هو إحدى الظواهر البينية بين الأطوار المختلفة التي تلامس بعضها البعض. إنها ظاهرة يتم فيها امتصاص المادة الماصة في طبقة التلامس الرقيقة جدًا على واجهة أو سطح المادة الماصة أو الصلبة. تتميز الجسيمات متناهية الصغر بمساحة سطح محددة كبيرة وطاقة سطح عالية وقدرة امتصاص كبيرة.
- الريولوجيا
علم الريولوجيا هو علم دراسة تدفق المادة وسلوكها. كما نوقش أعلاه ، عندما يصبح حجم الجسيمات أصغر ، تظهر الجسيمات تدريجياً خصائص أو سلوكيات مختلفة عن تلك الموجودة في المادة الصلبة الأصلية. إن ريولوجيا ما يسمى بنظام تشتت الجسيمات أو الغروانية التي تتشتت فيها الجسيمات التي تقل عن 1 ميكرومتر في سائل هو كائن بحثي مفيد للغاية من الناحية النظرية والعملية.
مصدر المقال: شبكة مسحوق الصين