Diez características del polvo ultrafino
En términos generales, definimos el polvo con un tamaño de partícula inferior a 1 μm como polvo ultrafino. El polvo ultrafino tiene efectos de superficie y efectos de volumen diferentes a los de los materiales sólidos originales o las partículas más gruesas, y exhibe propiedades como la óptica, la electricidad, el magnetismo, el calor, la catálisis y la mecánica.
Efecto de superficie
La diferencia significativa entre el polvo ultrafino y los objetos macroscópicos es el aumento en el número de átomos de superficie, su gran área de superficie específica y el efecto de superficie no se puede ignorar.
Físicamente hablando, los átomos de la superficie no son lo mismo que los átomos internos, y los átomos internos están sujetos a la fuerza de los átomos circundantes simétricos. La posición del espacio donde se encuentran los átomos de la superficie es asimétrica y es atraída unilateralmente por los átomos del cuerpo, lo que significa que la energía de los átomos de la superficie es mayor que la de los átomos del cuerpo.
Efecto cuántico
El efecto cuántico se refiere al fenómeno de que cuando el tamaño de las partículas cae a un cierto valor, los electrones cercanos al nivel de Fermi del metal cambian de cuasi-continuos a discretos.
Según la teoría de la banda de energía de los sólidos, los electrones de conducción ya no pertenecen a un solo átomo cuando se mueven en el campo de potencial periódico de un cristal, sino que pertenecen a todo el cristal. Como resultado de esta publicidad, el estado energético del electrón en el cristal se vuelve casi continuo. Banda de energía, es decir, la diferencia de energía entre niveles de energía adyacentes es mucho menor que la energía térmica.
Propiedades ópticas
El color de las partículas metálicas es a menudo diferente al de los materiales a granel. Cuando el tamaño de las partículas metálicas es menor que cierto valor, generalmente aparecen negras debido a la absorción total de ondas de luz. Además de la absorción de ondas de luz, las partículas ultrafinas también tienen un efecto de dispersión.
Para partículas ultrafinas dispersas más pequeñas que unas pocas décimas de la longitud de onda de la luz, la intensidad de la luz dispersa es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda. Por lo tanto, la dispersión de la luz solar por el polvo en la atmósfera hace que el cielo sea azul claro.
La solución de arcilla ultrafina altamente dispersa en agua, cuando se ve de lado sobre un fondo oscuro, aparece de color blanco azulado, como si fuera un poco turbia. De hecho, este es el resultado de las partículas de arcilla ultrafinas en la solución que dispersan parte de la luz incidente.
Propiedades electricas
Los materiales metálicos tienen conductividad, pero la conductividad de las partículas nano-metálicas se reduce significativamente. Cuando la energía del campo eléctrico es menor que el intervalo del nivel de energía de división, la conductividad del metal se transformará en aislamiento eléctrico.
Propiedades magnéticas
Las propiedades magnéticas de los polvos ultrafinos, especialmente la dependencia de las propiedades magnéticas de las partículas ferromagnéticas del tamaño de partícula, han sido un tema de interés durante mucho tiempo.
Para los materiales magnéticos a granel, cuando se encuentran en el estado magnético neutro, generalmente se forman muchos dominios magnéticos, y el momento magnético en cada dominio magnético se magnetizará espontáneamente a lo largo de la dirección de su energía más baja. Entre el dominio magnético y el dominio magnético, existe una capa de transición cuya dirección de magnetización cambia continuamente, que se denomina pared magnética.
La disposición de la orientación caótica de los dominios magnéticos obedece realmente al principio de la energía mínima de todo el ferromaimán, lo que provocará que la magnetización macroscópica sea cero en el estado magnético neutro. La orientación del vector del dominio magnético en el dominio magnético generalmente depende del tipo de anisotropía magnética.
Los polvos magnéticos ultrafinos se utilizan ampliamente. Como medios de grabación magnéticos, existen γ-Fe2O3, FeCo metal, CrO2 , TixCOxO19 , BaFe12-2x, Fe4N y Co-γ-Fe2O3. Como fluido magnético, existen varios polvos de nano ferrita como Fe3O4 y nanopartículas de hierro, níquel, cobalto y sus aleaciones. Cuando se usa como líquido magnético, la superficie de las micropartículas debe envolverse con una capa de moléculas orgánicas de cadena larga.
Debido al pequeño tamaño del nanopolvo y la gran superficie específica, el revestimiento de la superficie también tiene una mayor influencia en sus propiedades magnéticas.
Propiedades termales
El cambio en el tamaño de las partículas conduce a un cambio en el área de la superficie específica, lo que cambia el potencial químico de las partículas y cambia las propiedades termodinámicas. El tamaño de las partículas tiene una gran influencia en las propiedades termodinámicas. A medida que el tamaño de partícula se vuelve más pequeño, la energía superficial aumentará significativamente, de modo que el polvo ultrafino se puede fundir o sinterizar a una temperatura más baja que el punto de fusión del material a granel.
Propiedades catalíticas
Para reacciones catalíticas heterogéneas, para mejorar la eficiencia catalítica, es necesario aumentar la superficie específica del catalizador y reducir el tamaño de partícula, pero no el único.
Algunos catalizadores tienden a mostrar el valor máximo de eficiencia catalítica cuando el tamaño de partícula es apropiado. Por tanto, es necesario estudiar la influencia del tamaño de partícula y el estado superficial del catalizador sobre la actividad catalítica.
Propiedades mecánicas
La dureza de los materiales metálicos tradicionales aumenta con el refinamiento de los granos, y las propiedades mecánicas básicas de los materiales metálicos de grano grueso aumentan con la disminución del tamaño del grano.
Para algunos nano-sólidos metálicos puros, como paladio, cobre, plata, níquel, selenio, etc., la microdureza a temperatura ambiente aumenta significativamente en comparación con los correspondientes granos gruesos. Pero para los nanomateriales de compuestos intermetálicos, cuando el tamaño está por debajo de un cierto tamaño crítico, a medida que el tamaño del grano se vuelve más pequeño, la dureza disminuye.
La disposición de los átomos en un nanosólido
En el estudio de las propiedades mecánicas de los nanomateriales, la gente está más interesada en los materiales nanocerámicos. Los materiales nanocerámicos tienen buena estabilidad química, alta dureza y resistencia a altas temperaturas, que se espera que superen las deficiencias de la imposibilidad de mecanizar, la fragilidad y la falta de ductilidad.
Propiedades magnetorresistivas
El llamado efecto de magnetorresistencia es el cambio de resistividad causado por un campo magnético.
Independientemente de la película de partículas o película multicapa, para obtener un gran efecto de magnetorresistencia, el tamaño de partícula o el espesor de la capa magnética y no magnética debe ser menor que la trayectoria libre media de los electrones. De esta manera, además de la dispersión relacionada con el espín, los electrones se transportan en el proceso. Menos sujetos a otra dispersión, la orientación del espín puede permanecer sin cambios.
Dado que el camino libre medio de los electrones suele ser de unos pocos nanómetros a 100 nm, el efecto de magnetorresistencia gigante solo puede aparecer en sistemas de nanoescala.
Propiedades de la solución
- Movimiento de partículas ultrafinas en solución.
En una solución o suspensión con partículas de polvo ultrafinas como soluto, las partículas ultrafinas también tienen un efecto de difusión desde un área de alta concentración a un área de baja concentración. Al mismo tiempo, también hay movimiento browniano.
- Adsorción de partículas ultrafinas en solución.
La adsorción es uno de los fenómenos interfaciales entre diferentes fases en contacto entre sí. Es un fenómeno en el que el adsorbato se adsorbe en la capa de contacto muy delgada en la interfaz o superficie del líquido o sólido adsorbente. Las partículas ultrafinas tienen una gran superficie específica, una alta energía superficial y una gran capacidad de adsorción.
- Reología
La reología es la ciencia que estudia el flujo y el comportamiento de la materia. Como se discutió anteriormente, a medida que el tamaño de las partículas se vuelve más pequeño, las partículas exhiben gradualmente propiedades o comportamientos diferentes a los del sólido original. La reología del llamado sistema de dispersión de partículas o coloide en el que las partículas por debajo de 1 μm se dispersan en un líquido es un objeto de investigación muy significativo en la teoría y en la práctica.
Fuente del artículo: China Powder Network