ده ویژگی پودر فوق العاده ریز
به طور کلی ، ما پودر با اندازه ذرات کمتر از 1μm را به عنوان پودر فوق العاده تعریف می کنیم. پودر فوق العاده دارای اثرات سطحی و جلوه های متفاوتی از مواد جامد اصلی یا ذرات درشت است و ویژگی هایی مانند نوری ، الکتریسیته ، مغناطیس ، گرما ، کاتالیز و مکانیک را نشان می دهد.
جلوه سطحی
تفاوت قابل توجه بین پودر فوق ریز و اجسام ماکروسکوپی در افزایش تعداد اتم های سطح ، مساحت سطح ویژه بزرگ آن است و نمی توان از اثر سطحی چشم پوشی کرد.
از نظر فیزیکی ، اتمهای سطح با اتمهای داخلی یکسان نیستند و اتمهای داخلی تحت تأثیر اتمهای متقارن محیطی قرار می گیرند. موقعیت فضایی که اتم های سطح در آن قرار دارند نامتقارن است و یکطرفه توسط اتم های بدن جذب می شود ، بدین معنی که انرژی اتم های سطحی بیشتر از اتم های بدن است.
اثر کوانتومی
اثر کوانتومی به پدیده ای اشاره دارد که وقتی اندازه ذرات به مقدار معینی کاهش می یابد ، الکترونهای نزدیک سطح فلز فرمی از شبه پیوسته به گسسته تبدیل می شوند.
طبق نظریه باند انرژی جامدات ، الکترونهای رسانایی دیگر در حین حرکت در میدان پتانسیل دوره ای بلور به یک اتم واحد تعلق ندارند ، بلکه به کل بلور تعلق دارند. در نتیجه این انتشار ، حالت انرژی الکترون در بلور شبه پیوسته می شود. نوار انرژی ، یعنی تفاوت انرژی بین سطوح انرژی مجاور بسیار کمتر از انرژی حرارتی است.
خواص نوری
رنگ ذرات فلزی غالباً با مواد توده ای متفاوت است. وقتی اندازه ذرات فلزی کمتر از مقدار مشخصی باشد ، معمولاً به دلیل جذب کلی امواج نور ، سیاه به نظر می رسند. ذرات فوق ریز علاوه بر جذب امواج نوری ، اثر پراکندگی نیز دارند.
برای ذرات بسیار پراکنده کوچکتر از چند دهم طول موج نور ، شدت نور پراکنده با قدرت چهارم طول موج متناسب است. بنابراین ، پراکندگی نور خورشید توسط گرد و غبار در جو ، آسمان صاف را آبی می کند.
محلول خاک رس فوق العاده ای که در آب بسیار پراکنده شده است ، هنگامی که از کنار در یک پس زمینه تیره مشاهده می شود ، آبی-سفید به نظر می رسد ، گویی کمی کدر است. در واقع ، این نتیجه ذرات بسیار ریز خاک در محلول است که بخشی از نور تصادفی را پراکنده می کنند.
خواص الکتریکی
مواد فلزی رسانایی دارند ، اما رسانایی ذرات نانو فلز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. هنگامی که انرژی میدان الکتریکی کمتر از فاصله سطح انرژی تقسیم است ، رسانایی فلز به عایق الکتریکی تبدیل می شود.
خواص مغناطیسی
خواص مغناطیسی پودرهای فوق ریز ، به ویژه وابستگی خواص مغناطیسی ذرات فرو مغناطیسی به اندازه ذرات ، از دیرباز مورد توجه بوده است.
برای مواد مغناطیسی فله ، هنگامی که در حالت خنثی مغناطیسی قرار دارند ، معمولاً حوزه های مغناطیسی زیادی شکل می گیرد و گشتاور مغناطیسی در هر حوزه مغناطیسی خود به خود در امتداد کمترین انرژی خود مغناطیسی می شود. بین حوزه مغناطیسی و حوزه مغناطیسی ، یک لایه گذار وجود دارد که جهت مغناطش آن به طور مداوم تغییر می کند که به آن دیواره مغناطیسی می گویند.
ترتیب جهت گیری آشفته حوزه های مغناطیسی در واقع از اصل حداقل انرژی کل فرومغناطیس پیروی می کند ، که باعث می شود مغناطش ماکروسکوپی در حالت خنثی مغناطیسی صفر شود. جهت بردار حوزه مغناطیسی در حوزه مغناطیسی بطور کلی بستگی به نوع ناهمسانگردی مغناطیسی دارد.
پودرهای فوق ریز مغناطیسی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان رسانه ضبط مغناطیسی ، γ-Fe2O3 ، FeCo metal ، CrO2 ، TixCOxO19 ، BaFe12-2x ، Fe4N و Co-γ-Fe2O3 وجود دارد. به عنوان سیال مغناطیسی ، پودرهای مختلف نانو فریت مانند Fe3O4 و نانو ذرات آهن ، نیکل ، کبالت و آلیاژهای آنها وجود دارد. هنگامی که به عنوان مایع مغناطیسی استفاده می شود ، سطح ریزذرات باید با لایه ای از مولکول های زنجیره بلند آلی پیچیده شود.
با توجه به اندازه کوچک نانو پودر و سطح ویژه زیاد ، پوشش سطح نیز تأثیر بیشتری بر خواص مغناطیسی آن دارد.
خواص حرارتی
تغییر در اندازه ذرات منجر به تغییر در سطح خاص می شود که باعث تغییر پتانسیل شیمیایی ذرات و تغییر ویژگی های ترمودینامیکی می شود. اندازه ذرات تأثیر زیادی بر خواص ترمودینامیکی دارد. با کوچکتر شدن اندازه ذرات ، انرژی سطح به میزان قابل توجهی افزایش می یابد ، به طوری که پودر فوق ریز را می توان در دمای کمتر از نقطه ذوب مواد حجیم ذوب یا پخت کرد.
خواص کاتالیزوری
برای واکنشهای کاتالیزوری ناهمگن ، به منظور بهبود کارایی کاتالیزوری ، افزایش سطح ویژه کاتالیزور و کاهش اندازه ذرات ضروری است ، اما نه تنها.
هنگامی که اندازه ذرات مناسب است ، برخی از کاتالیزورها بیشترین بازده کاتالیزوری را نشان می دهند. بنابراین ، لازم است تأثیر اندازه ذرات و سطح سطح کاتالیزور بر فعالیت کاتالیزوری مورد مطالعه قرار گیرد.
ویژگی های مکانیکی
سختی مواد فلزی سنتی با پالایش دانه ها افزایش می یابد و خواص مکانیکی اولیه مواد فلزی دانه درشت با کاهش اندازه دانه افزایش می یابد.
برای برخی از نانو جامدات فلزی خالص ، مانند پالادیوم ، مس ، نقره ، نیکل ، سلنیوم و غیره ، میزان سختی در دمای اتاق در مقایسه با دانه های درشت مربوطه به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. اما در مورد نانومواد ترکیبات بین فلزی ، هنگامی که اندازه زیر اندازه بحرانی خاصی باشد ، با کوچکتر شدن اندازه دانه ، سختی به جای آن کاهش می یابد.
آرایش اتم ها در نانو جامد
در مطالعه خواص مکانیکی نانومواد ، مردم بیشتر به مواد نانو سرامیک علاقه دارند. مواد نانو سرامیک دارای پایداری شیمیایی خوب ، سختی بالا و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا هستند که انتظار می رود بر کاستی های ناتوانی در ماشین کاری ، شکنندگی و غیر شکل پذیری غلبه کنند.
خواص مغناطیسی مقاومتی
به اصطلاح اثر مقاومت مغناطیسی تغییر مقاومت ناشی از میدان مغناطیسی است.
صرف نظر از فیلم ذره ای یا فیلم چند لایه ، برای به دست آوردن اثر مقاومت مغناطیسی بزرگ ، اندازه ذرات یا ضخامت لایه مغناطیسی و غیر مغناطیسی باید کمتر از میانگین مسیر آزاد الکترون ها باشد. به این ترتیب ، علاوه بر پراکندگی مربوط به چرخش ، الکترونها در این فرآیند منتقل می شوند. کمتر از سایر پراکندگی ها ، جهت چرخش می تواند بدون تغییر باقی بماند.
از آنجا که میانگین مسیر آزاد الکترونها معمولاً چند نانومتر تا 100 نانومتر است ، اثر مقاومت مغناطیسی غول پیکر فقط در سیستمهای مقیاس نانو ظاهر می شود.
خواص محلول
- حرکت ذرات فوق ریز در محلول
در یک محلول یا سوسپانسیون با ذرات پودر فوق ریز به عنوان املاح ، ذرات فوق ریز نیز دارای نفوذ از ناحیه با غلظت بالا به ناحیه با غلظت کم هستند. در همان زمان ، حرکت براونی نیز وجود دارد.
- جذب ذرات فوق ریز در محلول
جذب یکی از پدیده های سطحی بین مراحل مختلف در تماس با یکدیگر است. این پدیده ای است که در آن جاذب در لایه تماس بسیار نازک روی سطح یا سطح مایع یا جامد جاذب جذب می شود. ذرات فوق ریز دارای سطح ویژه بزرگ ، انرژی سطحی بالا و ظرفیت جذب زیاد هستند.
- رئولوژی
رئولوژی علم مطالعه جریان و رفتار ماده است. همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت ، با کوچکتر شدن اندازه ذرات ، ذرات به تدریج خواص یا رفتارهای متفاوتی از رفتار جامد اولیه از خود نشان می دهند. رئولوژی سیستم موسوم به پراکندگی ذرات یا کلوئید که در آن ذرات زیر 1 میکرومتر در مایع پراکنده شده اند ، از نظر تئوری و در عمل یک تحقیق بسیار معنی دار است.
منبع مقاله: China Powder Network