Десять характеристик ультратонкого порошка
Вообще говоря, мы определяем порошок с размером частиц менее 1 мкм как ультратонкий порошок. Ультратонкий порошок имеет различные эффекты поверхности и объемные эффекты по сравнению с исходными твердыми материалами или более крупными частицами и проявляет такие свойства, как оптика, электричество, магнетизм, тепло, катализ и механические свойства.
Поверхностный эффект
Существенная разница между ультратонким порошком и макроскопическими объектами заключается в увеличении количества поверхностных атомов, его большой удельной поверхности, и нельзя игнорировать поверхностный эффект.
С физической точки зрения поверхностные атомы не то же самое, что внутренние атомы, и внутренние атомы подвергаются силе симметричных окружающих атомов. Положение в пространстве, где расположены поверхностные атомы, асимметрично, и оно односторонне притягивается атомами в теле, что означает, что энергия поверхностных атомов выше, чем у атомов в теле.
Квантовый эффект
Квантовый эффект относится к явлению, когда размер частицы падает до определенного значения, электроны вблизи уровня Ферми металла меняют свой статус с квазинепрерывного на дискретный.
Согласно теории энергетических зон твердых тел, электроны проводимости больше не принадлежат одному атому при движении в периодическом потенциальном поле кристалла, а принадлежат всему кристаллу. В результате этой публикации энергетическое состояние электрона в кристалле становится квазинепрерывным. Энергетический диапазон, то есть разница энергий между соседними энергетическими уровнями намного меньше тепловой энергии.
Оптические свойства
Цвет металлических частиц часто отличается от цвета сыпучих материалов. Когда размер металлических частиц меньше определенного значения, они обычно кажутся черными из-за полного поглощения световых волн. Помимо поглощения световых волн, сверхмелкозернистые частицы также обладают эффектом рассеяния.
Для сверхмелкодисперсных частиц размером менее нескольких десятых длины волны света интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Следовательно, рассеяние солнечного света пылью в атмосфере делает ясное небо голубым.
Сверхмелкодисперсный раствор глины, сильно диспергированный в воде, если смотреть сбоку на темном фоне, кажется бело-голубым, как если бы он был немного мутным. Фактически, это результат того, что ультрамелкие частицы глины в растворе рассеивают часть падающего света.
Электрические свойства
Металлические материалы обладают проводимостью, но проводимость наночастиц металла значительно снижается. Когда энергия электрического поля ниже, чем интервал уровня энергии расщепления, проводимость металла преобразуется в электрическую изоляцию.
Магнитные свойства
Магнитные свойства ультрадисперсных порошков, особенно зависимость магнитных свойств ферромагнитных частиц от размера частиц, давно вызывают интерес.
Для объемных магнитных материалов, когда они находятся в нейтральном магнитном состоянии, обычно образуется много магнитных доменов, и магнитный момент в каждом магнитном домене будет спонтанно намагничиваться в направлении его наименьшей энергии. Между магнитным доменом и магнитным доменом находится переходный слой, направление намагниченности которого непрерывно изменяется, который называется магнитной стенкой.
Расположение хаотической ориентации магнитных доменов фактически подчиняется принципу минимума энергии всего ферромагнетика, что приводит к тому, что макроскопическая намагниченность равна нулю в магнитно-нейтральном состоянии. Ориентация вектора магнитного домена в магнитном домене обычно зависит от типа магнитной анизотропии.
Широко используются магнитные ультратонкие порошки. В качестве носителей магнитной записи используются γ-Fe2O3, металлический FeCo, CrO2 , TixCOxO19 , BaFe12-2x , Fe4N и Co-γ-Fe2O3. В качестве магнитной жидкости используются различные порошки наноферрита, такие как Fe3O4 , и наночастицы железа, никеля, кобальта и их сплавов. При использовании в качестве магнитной жидкости поверхность микрочастиц должна быть покрыта слоем органических длинноцепочечных молекул.
Из-за небольшого размера нанопорошка и большой удельной поверхности поверхностное покрытие также в большей степени влияет на его магнитные свойства.
Тепловые свойства
Изменение размера частиц приводит к изменению удельной поверхности, что изменяет химический потенциал частиц и изменяет термодинамические свойства. Размер частиц имеет большое влияние на термодинамические свойства. По мере того, как размер частиц становится меньше, поверхностная энергия значительно увеличивается, так что ультратонкий порошок можно плавить или спекать при температуре ниже, чем точка плавления основного материала.
Каталитические свойства
Для гетерогенных каталитических реакций, чтобы улучшить каталитическую эффективность, необходимо, но не единственное, увеличить удельную поверхность катализатора и уменьшить размер частиц.
Некоторые катализаторы имеют тенденцию показывать максимальное значение каталитической эффективности при подходящем размере частиц. Следовательно, необходимо изучить влияние размера частиц и состояния поверхности катализатора на каталитическую активность.
Механические свойства
Твердость традиционных металлических материалов увеличивается с измельчением зерен, а основные механические свойства крупнозернистых металлических материалов повышаются с уменьшением размера зерна.
Для некоторых нанотвердых тел из чистых металлов, таких как палладий, медь, серебро, никель, селен и т. Д., Микротвердость при комнатной температуре значительно увеличивается по сравнению с соответствующими крупными зернами. Но для наноматериалов из интерметаллических соединений, когда размер меньше определенного критического размера, по мере того, как размер зерна становится меньше, вместо этого уменьшается твердость.
Расположение атомов в нанотвердом теле
При изучении механических свойств наноматериалов людей больше всего интересуют нанокерамические материалы. Нанокерамические материалы обладают хорошей химической стабильностью, высокой твердостью и устойчивостью к высоким температурам, что, как ожидается, позволит преодолеть такие недостатки, как невозможность механической обработки, хрупкость и непластичность.
Магниторезистивные свойства
Так называемый эффект магнитосопротивления — это изменение удельного сопротивления, вызванное магнитным полем.
Независимо от пленки из частиц или многослойной пленки, чтобы получить эффект большого магнитосопротивления, размер частиц или толщина магнитного и немагнитного слоя должны быть меньше, чем длина свободного пробега электронов. Таким образом, в дополнение к рассеянию, связанному со спином, в процессе переносятся электроны. Менее подверженный другому рассеянию, ориентация спина может оставаться неизменной.
Поскольку длина свободного пробега электронов обычно составляет от нескольких нанометров до 100 нм, эффект гигантского магнитосопротивления может проявляться только в наноразмерных системах.
Свойства решения
- Движение ультрамелких частиц в растворе
В растворе или суспензии со сверхмелкозернистыми частицами порошка в качестве растворенного вещества сверхмелкозернистые частицы также обладают эффектом диффузии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. В то же время есть броуновское движение.
- Адсорбция ультрамелких частиц в растворе
Адсорбция — это одно из межфазных явлений между различными фазами, контактирующими друг с другом. Это явление, при котором адсорбат адсорбируется в очень тонком контактном слое на границе раздела или поверхности жидкого или твердого адсорбента. Сверхмелкие частицы имеют большую удельную поверхность, высокую поверхностную энергию и большую адсорбционную способность.
- Реология
Реология — это наука, изучающая течение и поведение материи. Как обсуждалось выше, по мере того, как размер частиц становится меньше, частицы постепенно проявляют свойства или поведение, отличные от свойств исходного твердого вещества. Реология так называемой системы дисперсии частиц или коллоида, в которой частицы размером менее 1 мкм диспергированы в жидкости, является очень значимым объектом исследования в теории и на практике.
Источник статьи: China Powder Network