Dez características do pó ultrafino
De modo geral, definimos pó com tamanho de partícula inferior a 1μm como pó ultrafino. O pó ultrafino tem diferentes efeitos de superfície e efeitos de volume dos materiais sólidos originais ou partículas mais grossas e exibe propriedades como ótica, eletricidade, magnetismo, calor, catálise e mecânica.
Efeito de superfície
A diferença significativa entre pó ultrafino e objetos macroscópicos é o aumento no número de átomos de superfície, sua grande área de superfície específica e o efeito de superfície não pode ser ignorado.
Fisicamente falando, os átomos de superfície não são iguais aos átomos internos, e os átomos internos estão sujeitos à força de átomos circunvizinhos simétricos. A posição espacial onde os átomos da superfície estão localizados é assimétrica e é atraída unilateralmente pelos átomos do corpo, o que significa que a energia dos átomos da superfície é maior do que a dos átomos do corpo.
Efeito quântico
O efeito quântico refere-se ao fenômeno de que quando o tamanho da partícula cai para um determinado valor, os elétrons próximos ao nível de Fermi do metal mudam de quase contínuos para discretos.
De acordo com a teoria da banda de energia dos sólidos, os elétrons de condução não pertencem mais a um único átomo quando se movem no campo de potencial periódico de um cristal, mas pertencem ao cristal inteiro. Como resultado dessa divulgação, o estado de energia do elétron no cristal torna-se quase contínuo. Banda de energia, ou seja, a diferença de energia entre os níveis de energia adjacentes é muito menor do que a energia térmica.
Propriedades ópticas
A cor das partículas de metal costuma ser diferente da cor dos materiais a granel. Quando o tamanho das partículas de metal é menor que um determinado valor, elas geralmente aparecem pretas devido à absorção total das ondas de luz. Além da absorção de ondas de luz, as partículas ultrafinas também têm um efeito de espalhamento.
Para partículas dispersas ultrafinas menores do que alguns décimos do comprimento de onda da luz, a intensidade da luz espalhada é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda. Portanto, a dispersão da luz do sol pela poeira na atmosfera torna o céu claro azul.
A solução de argila ultrafina altamente dispersa em água, quando vista de lado contra um fundo escuro, aparece branco-azulado, como se fosse um pouco turva. Na verdade, este é o resultado das partículas de argila ultrafinas na parte de espalhamento da solução da luz incidente.
Propriedades elétricas
Os materiais metálicos têm condutividade, mas a condutividade das partículas de nano-metal é significativamente reduzida. Quando a energia do campo elétrico for inferior ao intervalo do nível de energia de divisão, a condutividade do metal será transformada em isolamento elétrico.
Propriedades magneticas
As propriedades magnéticas dos pós ultrafinos, especialmente a dependência das propriedades magnéticas das partículas ferromagnéticas no tamanho das partículas, há muito tempo são um assunto de interesse.
Para materiais magnéticos a granel, quando no estado magnético neutro, muitos domínios magnéticos são normalmente formados, e o momento magnético em cada domínio magnético será magnetizado espontaneamente ao longo da direção de sua energia mais baixa. Entre o domínio magnético e o domínio magnético, existe uma camada de transição cuja direção de magnetização muda continuamente, que é chamada de parede magnética.
O arranjo da orientação caótica dos domínios magnéticos realmente obedece ao princípio da energia mínima de todo o ferromagneto, o que fará com que a magnetização macroscópica seja zero no estado magnético neutro. A orientação do vetor de domínio magnético no domínio magnético geralmente depende do tipo de anisotropia magnética.
Os pós magnéticos ultrafinos são amplamente utilizados. Como mídia de gravação magnética, existem γ-Fe2O3, FeCo metal, CrO2 , TixCOxO19 , BaFe12-2x, Fe4N e Co-γ-Fe2O3. Como fluido magnético, existem vários pós de ferrite nano como Fe3O4 e partículas nano de ferro, níquel, cobalto e suas ligas. Quando usado como um líquido magnético, a superfície das micropartículas deve ser envolvida com uma camada de moléculas orgânicas de cadeia longa.
Devido ao pequeno tamanho do nanopó e à grande área de superfície específica, o revestimento da superfície também tem uma maior influência em suas propriedades magnéticas.
Propriedades térmicas
A mudança no tamanho das partículas leva a uma mudança na área de superfície específica, que altera o potencial químico das partículas e altera as propriedades termodinâmicas. O tamanho das partículas tem grande influência nas propriedades termodinâmicas. À medida que o tamanho da partícula se torna menor, a energia da superfície aumentará significativamente, de modo que o pó ultrafino pode ser fundido ou sinterizado a uma temperatura inferior ao ponto de fusão do material a granel.
Propriedades catalíticas
Para reações catalíticas heterogêneas, a fim de melhorar a eficiência catalítica, aumentar a área superficial específica do catalisador e reduzir o tamanho das partículas é necessário, mas não o único.
Alguns catalisadores tendem a mostrar o valor máximo de eficiência catalítica quando o tamanho de partícula é apropriado. Portanto, é necessário estudar a influência do tamanho de partícula e do estado superficial do catalisador na atividade catalítica.
Propriedades mecânicas
A dureza dos materiais metálicos tradicionais aumenta com o refinamento dos grãos, e as propriedades mecânicas básicas dos materiais metálicos de granulação grossa aumentam com a diminuição do tamanho do grão.
Para alguns nano-sólidos de metal puro, como paládio, cobre, prata, níquel, selênio, etc., a microdureza à temperatura ambiente aumenta significativamente em comparação com os grãos grossos correspondentes. Mas para nanomateriais de compostos intermetálicos, quando o tamanho está abaixo de um certo tamanho crítico, à medida que o tamanho do grão se torna menor, a dureza diminui.
O arranjo dos átomos em um nanossólido
No estudo das propriedades mecânicas dos nanomateriais, as pessoas estão mais interessadas em materiais nanocerâmicos. Os materiais nanocerâmicos têm boa estabilidade química, alta dureza e resistência a altas temperaturas, o que se espera que supere as deficiências de incapacidade de usinagem, fragilidade e não ductilidade.
Propriedades magnetorresistivas
O chamado efeito de magnetorresistência é a mudança na resistividade causada por um campo magnético.
Independentemente do filme de partículas ou do filme de multicamadas, para se obter um grande efeito de magnetorresistência, o tamanho das partículas ou a espessura da camada magnética e não magnética deve ser menor que o caminho livre médio dos elétrons. Desta forma, além do espalhamento relacionado ao spin, os elétrons são transportados no processo Menos sujeitos a outro espalhamento, a orientação do spin pode permanecer inalterada.
Como o caminho livre médio dos elétrons é geralmente de alguns nanômetros a 100 nm, o efeito da magnetorresistência gigante só pode aparecer em sistemas em nanoescala.
Propriedades da solução
- Movimento de partículas ultrafinas em solução
Em uma solução ou suspensão com partículas de pó ultrafinas como o soluto, as partículas ultrafinas também têm um efeito de difusão de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração. Ao mesmo tempo, também existe o movimento browniano.
- Adsorção de partículas ultrafinas em solução
A adsorção é um dos fenômenos interfaciais entre as diferentes fases em contato umas com as outras. É um fenômeno no qual o adsorbato é adsorvido na camada de contato muito fina na interface ou superfície do líquido ou sólido adsorvente. As partículas ultrafinas têm grande área de superfície específica, alta energia de superfície e grande capacidade de adsorção.
- Reologia
Reologia é a ciência que estuda o fluxo e o comportamento da matéria. Conforme discutido acima, conforme o tamanho da partícula se torna menor, as partículas exibem gradualmente propriedades ou comportamentos diferentes daqueles do sólido original. A reologia do chamado sistema de dispersão de partículas ou colóide, no qual partículas abaixo de 1 μm são dispersas em um líquido, é um objeto de pesquisa muito significativo na teoria e na prática.
Fonte do artigo: China Powder Network