초미립자의 10가지 특징
일반적으로 입자 크기가 1μm 미만인 분말을 초미세 분말로 정의합니다. 초미세분말은 원래의 고체나 굵은 입자와는 다른 표면효과와 부피효과를 가지며 광학, 전기, 자기, 열, 촉매, 역학 등의 성질을 나타낸다.
표면 효과
초미세 분말과 거시적 물체의 중요한 차이점은 표면 원자 수가 증가하고 비표면적이 크며 표면 효과를 무시할 수 없다는 것입니다.
물리적으로 말하면 표면 원자는 내부 원자와 같지 않으며 내부 원자는 대칭적인 주변 원자의 힘을 받습니다. 표면 원자가 위치하는 공간 위치는 비대칭이며, 몸체의 원자에 일방적으로 끌리므로 표면 원자의 에너지가 몸체의 원자 에너지보다 높습니다.
양자 효과
양자 효과는 입자 크기가 일정 값 이하로 떨어지면 금속 페르미 준위 부근의 전자가 준연속에서 불연속으로 변하는 현상을 말한다.
고체의 에너지띠 이론에 따르면, 전도전자는 결정의 주기적인 전위장에서 이동할 때 더 이상 단일 원자에 속하지 않고 전체 결정에 속한다. 이러한 공표의 결과로 결정 내의 전자의 에너지 상태는 준연속적이 된다. 에너지 밴드, 즉 인접한 에너지 준위 간의 에너지 차이는 열 에너지보다 훨씬 작습니다.
광학적 특성
금속 입자의 색상은 종종 벌크 재료의 색상과 다릅니다. 금속 입자의 크기가 일정 값보다 작으면 일반적으로 광파의 전체 흡수로 인해 검게 나타납니다. 초미세 입자는 광파를 흡수하는 것 외에도 산란 효과도 있습니다.
빛 파장의 1/10보다 작은 초미세 분산 입자의 경우 산란광의 세기는 파장의 4승에 반비례합니다. 따라서 대기 중의 먼지에 의한 햇빛의 산란은 맑은 하늘을 파랗게 만듭니다.
물에 고분산된 초미세 점토 용액은 어두운 배경에서 측면에서 볼 때 약간 탁한 것처럼 청백색으로 보입니다. 사실 이는 용액 속 점토 초미세 입자가 입사광의 일부를 산란시킨 결과이다.
전기적 특성
금속 재료는 전도성이 있지만 나노 금속 입자의 전도성은 현저히 떨어집니다. 전기장 에너지가 쪼개지는 에너지 준위의 간격보다 낮을 때, 금속의 전도율은 전기 절연체로 변환될 것입니다.
자기 특성
초미세 분말의 자기 특성, 특히 입자 크기에 대한 강자성 입자의 자기 특성 의존성은 오랫동안 관심의 대상이었습니다.
벌크 자성체의 경우, 자기 중성 상태일 때 일반적으로 많은 자구가 형성되며 각 자구의 자기 모멘트는 가장 낮은 에너지 방향을 따라 자발적으로 자화됩니다. 자구와 자구 사이에는 자화 방향이 연속적으로 변하는 전이층이 있는데 이를 자벽이라고 한다.
자구의 무질서한 방향 배열은 실제로 전체 강자성체의 최소 에너지 원리를 따르며, 이는 자기 중성 상태에서 거시적 자화가 0이 되도록 합니다. 자구에서 자구 벡터의 방향은 일반적으로 자기 이방성의 유형에 따라 다릅니다.
자성 초미세 분말이 널리 사용됩니다. 자기 기록 매체로는 γ-Fe2O3, FeCo 금속, CrO2 , TixCOxO19, BaFe12-2x, Fe4N 및 Co-γ-Fe2O3 가 있습니다. 자성유체로는 Fe3O4 와 같은 다양한 나노 페라이트 분말과 철, 니켈, 코발트 및 그 합금의 나노 입자가 있습니다. 자성 액체로 사용할 때 미세 입자의 표면은 유기 장쇄 분자 층으로 싸여 있어야 합니다.
나노 분말의 크기가 작고 비표면적이 크기 때문에 표면 코팅도 자기 특성에 더 큰 영향을 미칩니다.
열적 특성
입자 크기의 변화는 비표면적의 변화로 이어지며, 이는 입자의 화학적 포텐셜을 변화시키고 열역학적 특성을 변화시킵니다. 입자 크기는 열역학적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 입자 크기가 작을수록 표면 에너지가 크게 증가하여 초미세 분말을 벌크 재료의 융점보다 낮은 온도에서 용융 또는 소결 할 수 있습니다.
촉매 특성
불균일 촉매 반응의 경우 촉매 효율을 높이려면 촉매의 비표면적을 늘리고 입자 크기를 줄이는 것이 필요하지만 유일한 것은 아닙니다.
일부 촉매는 입자 크기가 적절할 때 촉매 효율의 최대값을 나타내는 경향이 있습니다. 따라서 촉매의 입자 크기와 표면 상태가 촉매 활성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.
기계적 성질
전통적인 금속 재료의 경도는 결정립의 미세화에 따라 증가하고 조립 금속 재료의 기본 기계적 특성은 입자 크기가 감소함에 따라 증가합니다.
팔라듐, 구리, 은, 니켈, 셀레늄 등과 같은 일부 순수 금속 나노 고체의 경우 실온에서 미세 경도가 해당 굵은 입자에 비해 크게 증가합니다. 그러나 금속간화합물의 나노물질은 크기가 특정 임계크기 이하일 때 입자크기가 작아질수록 경도가 감소한다.
나노고체의 원자 배열
나노재료의 기계적 성질 연구에서 사람들은 나노세라믹 재료에 가장 관심이 많다. 나노세라믹 재료는 화학적 안정성, 고경도, 고온 저항성이 우수하여 가공불능, 취성, 비연성의 단점을 극복할 수 있을 것으로 기대됩니다.
자기 저항 특성
소위 자기 저항 효과는 자기장에 의한 저항의 변화입니다.
입자막이나 다층막에 관계없이 큰 자기저항 효과를 얻기 위해서는 자성층과 비자성층의 입자크기나 두께가 전자의 평균자유경로보다 작아야 한다. 이러한 방식으로 스핀 관련 산란 외에도 전자가 그 과정에서 이동됩니다. 다른 산란에 덜 영향을 받아 스핀의 방향이 변경되지 않고 유지될 수 있습니다.
전자의 평균 자유 경로는 일반적으로 수 나노미터에서 100nm이므로 거대한 자기 저항 효과는 나노 규모 시스템에서만 나타날 수 있습니다.
솔루션 속성
- 용액 내 초미세 입자의 이동
초미세 분말 입자를 용질로 하는 용액 또는 현탁액에서 초미세 입자도 고농도 영역에서 저농도 영역으로 확산 효과가 있습니다. 동시에 브라운 운동도 있습니다.
- 용액 내 초미립자의 흡착
흡착은 서로 접촉하는 서로 다른 상 사이의 계면 현상 중 하나입니다. 흡착제 액체 또는 고체의 계면이나 표면의 매우 얇은 접촉층에 흡착물이 흡착되는 현상이다. 초미세 입자는 큰 비표면적, 높은 표면 에너지 및 큰 흡착 용량을 가지고 있습니다.
- 유변학
유변학은 물질의 흐름과 거동을 연구하는 과학입니다. 위에서 논의한 바와 같이 입자의 크기가 작아질수록 입자는 점차 원래의 고체와는 다른 성질이나 거동을 보인다. 1μm 이하의 입자가 액체에 분산되어 있는 이른바 입자분산계 또는 콜로이드의 레올로지는 이론과 실용상 매우 의미 있는 연구대상이다.
기사 출처: 차이나 파우더 네트워크