Ultra ince tozun on özelliği

Genel olarak konuşursak, partikül boyutu 1μm’den küçük olan tozu ultra ince toz olarak tanımlarız. Ultra ince toz, orijinal katı malzemelerden veya daha kaba parçacıklardan farklı yüzey etkilerine ve hacim etkilerine sahiptir ve optik, elektrik, manyetizma, ısı, kataliz ve mekanik gibi özellikler sergiler.

yüzey etkisi

Ultra ince toz ve makroskopik nesneler arasındaki önemli fark, yüzey atomlarının sayısındaki artış, geniş spesifik yüzey alanı ve yüzey etkisinin göz ardı edilemez olmasıdır.

Fiziksel olarak konuşursak, yüzey atomları iç atomlarla aynı değildir ve iç atomlar simetrik çevreleyen atomların kuvvetine maruz kalır. Yüzey atomlarının bulunduğu boşluk konumu asimetriktir ve vücuttaki atomlar tarafından tek taraflı olarak çekilir, bu da yüzey atomlarının enerjisinin vücuttaki atomlardan daha yüksek olduğu anlamına gelir.

kuantum etkisi

Kuantum etkisi, parçacık boyutu belirli bir değere düştüğünde, metal Fermi seviyesine yakın elektronların yarı-sürekliden ayrık hale değişmesi olgusunu ifade eder.

Katıların enerji bandı teorisine göre, iletim elektronları artık bir kristalin periyodik potansiyel alanında hareket ederken tek bir atoma değil, tüm kristale aittir. Bu yayının bir sonucu olarak, kristaldeki elektronun enerji durumu yarı-sürekli hale gelir. Enerji bandı, yani bitişik enerji seviyeleri arasındaki enerji farkı, termal enerjiden çok daha küçüktür.

Optik özellikler

Metal parçacıkların rengi genellikle dökme malzemelerin renginden farklıdır. Metal parçacıkların boyutu belirli bir değerden küçük olduğunda, ışık dalgalarının toplam absorpsiyonundan dolayı genellikle siyah görünürler. Işık dalgalarının absorpsiyonuna ek olarak, ultra ince parçacıkların saçılma etkisi de vardır.

Işığın dalga boyunun birkaç onda birinden daha küçük ultra ince dağılmış parçacıklar için, saçılan ışığın yoğunluğu dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılıdır. Bu nedenle, atmosferdeki tozun güneş ışığını saçması, berrak gökyüzünü mavi yapar.

Suda yüksek oranda dağılmış ultra ince kil çözeltisi, karanlık bir arka plana karşı yandan bakıldığında, sanki biraz bulanıkmış gibi mavi-beyaz görünür. Aslında bu, gelen ışığın çözelti saçılım kısmındaki ultra ince kil parçacıklarının sonucudur.

Elektriksel özellikler

Metalik malzemelerin iletkenliği vardır, ancak nano-metal parçacıkların iletkenliği önemli ölçüde azalır. Elektrik alan enerjisi, yarma enerji seviyesinin aralığından daha düşük olduğunda, metalin iletkenliği elektrik yalıtımına dönüşecektir.

Manyetik özellikler

Ultra ince tozların manyetik özellikleri, özellikle ferromanyetik parçacıkların manyetik özelliklerinin parçacık boyutuna bağımlılığı, uzun süredir ilgi konusu olmuştur.

Toplu manyetik malzemeler için, manyetik nötr durumdayken, genellikle birçok manyetik alan oluşur ve her bir manyetik alandaki manyetik moment, en düşük enerjisinin yönü boyunca kendiliğinden mıknatıslanır. Manyetik alan ile manyetik alan arasında, manyetik duvar adı verilen, mıknatıslanma yönü sürekli değişen bir geçiş tabakası vardır.

Manyetik alanların kaotik yöneliminin düzenlenmesi, aslında, manyetik nötr durumda makroskopik manyetizasyonun sıfır olmasına neden olacak olan tüm ferromıknatısın minimum enerjisi ilkesine uyar. Manyetik alan vektörünün manyetik alandaki yönü, genellikle manyetik anizotropinin tipine bağlıdır.

Manyetik ultra ince tozlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyetik kayıt ortamı olarak γ-Fe₂O₃, FeCo metal, CrO₂ , Ti_xCO_xO₁₉ , BaFe₁₂-2x, Fe₄N ve Co-γ-Fe₂O₃ bulunmaktadır. Manyetik akışkan olarak Fe₃O₄ gibi çeşitli nano ferrit tozları ve demir, nikel, kobalt ve bunların alaşımlarının nano partikülleri bulunmaktadır. Manyetik sıvı olarak kullanıldığında, mikropartiküllerin yüzeyi bir organik uzun zincirli molekül tabakası ile sarılmalıdır.

Nano tozun küçük boyutu ve geniş spesifik yüzey alanı nedeniyle, yüzey kaplamasının manyetik özellikleri üzerinde daha büyük bir etkisi vardır.

termal özellikler

Partikül boyutundaki değişiklik, partiküllerin kimyasal potansiyelini değiştiren ve termodinamik özellikleri değiştiren spesifik yüzey alanında bir değişikliğe yol açar. Partikül boyutunun termodinamik özellikler üzerinde büyük etkisi vardır. Parçacık boyutu küçüldükçe, yüzey enerjisi önemli ölçüde artacaktır, böylece ultra ince toz, dökme malzemenin erime noktasından daha düşük bir sıcaklıkta eritilebilir veya sinterlenebilir.

Katalitik özellikler

Heterojen katalitik reaksiyonlar için, katalitik verimliliği arttırmak için katalizörün spesifik yüzey alanını arttırmak ve partikül boyutunu azaltmak gereklidir, ancak tek değil.

Bazı katalizörler, partikül boyutu uygun olduğunda maksimum katalitik verim değerini gösterme eğilimindedir. Bu nedenle, katalizörün partikül boyutunun ve yüzey durumunun katalitik aktivite üzerindeki etkisini incelemek gereklidir.

Mekanik özellikler

Tanelerin inceltilmesiyle geleneksel metal malzemelerin sertliği artar ve tane boyutunun küçülmesiyle iri taneli metal malzemelerin temel mekanik özellikleri artar.

Paladyum, bakır, gümüş, nikel, selenyum vb. gibi bazı saf metal nano katılar için, oda sıcaklığındaki mikrosertlik, karşılık gelen kaba tanelere kıyasla önemli ölçüde artar. Ancak intermetalik bileşiklerin nanomalzemeleri için, boyut belirli bir kritik boyutun altına düştüğünde, tane boyutu küçüldükçe sertlik azalır.

Bir nanokatıdaki atomların düzenlenmesi

Nanomalzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesinde, insanlar en çok nanoseramik malzemelerle ilgilenmektedir. Nano-seramik malzemeler, işlenememe, kırılganlık ve sünek olmama gibi eksikliklerin üstesinden gelmesi beklenen iyi kimyasal stabiliteye, yüksek sertliğe ve yüksek sıcaklık direncine sahiptir.

Manyetodirençli özellikler

Sözde manyetodirenç etkisi, bir manyetik alanın neden olduğu dirençteki değişikliktir.

Parçacık filminden veya çok katmanlı filmden bağımsız olarak, büyük bir manyetodirenç etkisi elde etmek için, parçacık boyutu veya manyetik ve manyetik olmayan katmanın kalınlığı, elektronların ortalama serbest yolundan daha az olmalıdır. Bu şekilde, spin ile ilgili saçılmaya ek olarak, süreçte elektronlar taşınır. Diğer saçılmalara daha az maruz kalarak, spinin yönü değişmeden kalabilir.

Ortalama serbest elektron yolu genellikle birkaç nanometre ila 100 nm olduğundan, dev manyetodirenç etkisi yalnızca nano ölçekli sistemlerde ortaya çıkabilir.

Çözüm özellikleri

• Çözelti içinde ultra ince parçacıkların hareketi

Çözünen madde olarak çok ince toz parçacıkları içeren bir çözelti veya süspansiyonda, çok ince parçacıklar ayrıca yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana bir difüzyon etkisine sahiptir. Aynı zamanda Brownian hareketi de vardır.

• Çözeltide ultra ince parçacıkların adsorpsiyonu

Adsorpsiyon, birbiriyle temas halinde olan farklı fazlar arasındaki arayüzey olaylarından biridir. Adsorbanın, adsorban sıvının veya katının arayüzü veya yüzeyindeki çok ince temas tabakasında adsorbe edildiği bir olgudur. Ultra ince partiküller geniş spesifik yüzey alanına, yüksek yüzey enerjisine ve büyük adsorpsiyon kapasitesine sahiptir.

• reoloji

Reoloji, maddenin akışını ve davranışını inceleyen bilimdir. Yukarıda tartışıldığı gibi, partikül boyutu küçüldükçe, partiküller kademeli olarak orijinal katınınkinden farklı özellikler veya davranışlar sergiler. 1 μm’nin altındaki parçacıkların bir sıvı içinde dağıldığı sözde parçacık dağılım sistemi veya kolloidin reolojisi, teoride ve pratikte çok anlamlı bir araştırma konusudur.

Makale kaynağı: Çin Toz Ağı