Dix caractéristiques de la poudre ultra-fine
De manière générale, nous définissons une poudre avec une granulométrie inférieure à 1 µm comme une poudre ultrafine. La poudre ultrafine a des effets de surface et des effets de volume différents des matériaux solides d’origine ou des particules plus grossières, et présente des propriétés telles que l’optique, l’électricité, le magnétisme, la chaleur, la catalyse et la mécanique.
Effet de surface
La différence significative entre la poudre ultrafine et les objets macroscopiques est l’augmentation du nombre d’atomes de surface, sa grande surface spécifique et l’effet de surface ne peut être ignoré.
Physiquement parlant, les atomes de surface ne sont pas les mêmes que les atomes internes, et les atomes internes sont soumis à la force des atomes symétriques environnants. La position spatiale où se trouvent les atomes de surface est asymétrique et elle est attirée unilatéralement par les atomes du corps, ce qui signifie que l’énergie des atomes de surface est supérieure à celle des atomes du corps.
Effet quantique
L’effet quantique fait référence au phénomène selon lequel lorsque la taille des particules chute à une certaine valeur, les électrons proches du niveau de Fermi du métal passent de quasi-continu à discret.
Selon la théorie des bandes d’énergie des solides, les électrons de conduction n’appartiennent plus à un seul atome lorsqu’ils se déplacent dans le champ de potentiel périodique d’un cristal, mais appartiennent à l’ensemble du cristal. À la suite de cette publicité, l’état énergétique de l’électron dans le cristal devient quasi-continu. Bande d’énergie, c’est-à-dire que la différence d’énergie entre les niveaux d’énergie adjacents est beaucoup plus petite que l’énergie thermique.
Propriétés optiques
La couleur des particules métalliques est souvent différente de celle des matériaux en vrac. Lorsque la taille des particules métalliques est inférieure à une certaine valeur, elles apparaissent généralement noires en raison de l’absorption totale des ondes lumineuses. En plus de l’absorption des ondes lumineuses, les particules ultrafines ont également un effet de diffusion.
Pour les particules dispersées ultrafines inférieures à quelques dixièmes de la longueur d’onde de la lumière, l’intensité de la lumière diffusée est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de la longueur d’onde. Par conséquent, la diffusion de la lumière du soleil par la poussière dans l’atmosphère rend le ciel clair bleu.
La solution d’argile ultrafine fortement dispersée dans l’eau, vue de côté sur un fond sombre, apparaît bleu-blanc, comme si elle était un peu trouble. En fait, c’est le résultat des particules d’argile ultrafines dans la solution qui diffusent une partie de la lumière incidente.
Propriétés électriques
Les matériaux métalliques ont une conductivité, mais la conductivité des nanoparticules métalliques est considérablement réduite. Lorsque l’énergie du champ électrique est inférieure à l’intervalle du niveau d’énergie de division, la conductivité du métal sera transformée en isolation électrique.
Propriétés magnétiques
Les propriétés magnétiques des poudres ultrafines, en particulier la dépendance des propriétés magnétiques des particules ferromagnétiques sur la taille des particules, ont longtemps été un sujet d’intérêt.
Pour les matériaux magnétiques en vrac, lorsqu’ils sont à l’état neutre magnétique, de nombreux domaines magnétiques sont généralement formés, et le moment magnétique dans chaque domaine magnétique sera spontanément magnétisé le long de la direction de sa plus faible énergie. Entre le domaine magnétique et le domaine magnétique, il existe une couche de transition dont la direction d’aimantation change en permanence, que l’on appelle une paroi magnétique.
L’agencement de l’orientation chaotique des domaines magnétiques obéit en fait au principe de l’énergie minimale de l’ensemble du ferromagnétique, ce qui fera que l’aimantation macroscopique sera nulle à l’état neutre magnétique. L’orientation du vecteur de domaine magnétique dans le domaine magnétique dépend généralement du type d’anisotropie magnétique.
Les poudres ultrafines magnétiques sont largement utilisées. En tant que support d’enregistrement magnétique, il existe γ-Fe2O3, FeCo metal , CrO2 , TixCOxO19 , BaFe12-2x,Fe4N and Co-γ-Fe2O3. En tant que fluide magnétique, il existe diverses poudres de nano ferrite telles que Fe3O4 et des nanoparticules de fer, nickel, cobalt et leurs alliages. Lorsqu’elles sont utilisées comme liquide magnétique, la surface des microparticules doit être enveloppée d’une couche de molécules organiques à longue chaîne.
En raison de la petite taille de la nano-poudre et de la grande surface spécifique, le revêtement de surface a également une plus grande influence sur ses propriétés magnétiques.
Propriétés thermiques
La modification de la taille des particules entraîne une modification de la surface spécifique, ce qui modifie le potentiel chimique des particules et modifie les propriétés thermodynamiques. La taille des particules a une grande influence sur les propriétés thermodynamiques. Au fur et à mesure que la taille des particules devient plus petite, l’énergie de surface augmentera considérablement, de sorte que la poudre ultrafine peut être fondue ou frittée à une température inférieure au point de fusion du matériau en vrac.
Propriétés catalytiques
Pour les réactions catalytiques hétérogènes, afin d’améliorer l’efficacité catalytique, augmenter la surface spécifique du catalyseur et réduire la taille des particules est nécessaire, mais pas le seul.
Certains catalyseurs ont tendance à montrer la valeur maximale de l’efficacité catalytique lorsque la taille des particules est appropriée. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier l’influence de la granulométrie et de l’état de surface du catalyseur sur l’activité catalytique.
Propriétés mécaniques
La dureté des matériaux métalliques traditionnels augmente avec le raffinement des grains, et les propriétés mécaniques de base des matériaux métalliques à gros grains augmentent avec la diminution de la taille des grains.
Pour certains nano-solides métalliques purs, tels que le palladium, le cuivre, l’argent, le nickel, le sélénium, etc., la microdureté à température ambiante augmente significativement par rapport aux gros grains correspondants. Mais pour les nanomatériaux de composés intermétalliques, lorsque la taille est inférieure à une certaine taille critique, à mesure que la taille des grains diminue, la dureté diminue au contraire.
L’arrangement des atomes dans un nanosolide
Dans l’étude des propriétés mécaniques des nanomatériaux, les gens sont plus intéressés par les matériaux nanocéramiques. Les matériaux nano-céramiques ont une bonne stabilité chimique, une dureté élevée et une résistance à haute température, qui devraient surmonter les inconvénients de l’incapacité à être usiné, de la fragilité et de la non-ductilité.
Propriétés magnétorésistives
L’effet dit de magnétorésistance est le changement de résistivité provoqué par un champ magnétique.
Quel que soit le film de particules ou le film multicouche, pour obtenir un effet de magnétorésistance important, la granulométrie ou l’épaisseur de la couche magnétique et amagnétique doit être inférieure au libre parcours moyen des électrons. De cette façon, en plus de la diffusion liée au spin, les électrons sont transportés dans le processus Moins sujet à d’autres diffusions, l’orientation du spin peut rester inchangée.
Étant donné que le libre parcours moyen des électrons est généralement de quelques nanomètres à 100 nm, l’effet de magnétorésistance géante ne peut apparaître que dans des systèmes à l’échelle nanométrique.
Propriétés de la solution
- Mouvement de particules ultrafines en solution
Dans une solution ou une suspension avec des particules de poudre ultrafines comme soluté, les particules ultrafines ont également un effet de diffusion d’une zone à forte concentration à une zone à faible concentration. Dans le même temps, il existe également un mouvement brownien.
- Adsorption de particules ultrafines en solution
L’adsorption est l’un des phénomènes interfaciaux entre différentes phases en contact les unes avec les autres. C’est un phénomène dans lequel l’adsorbat est adsorbé dans la couche de contact très mince à l’interface ou à la surface de l’adsorbant liquide ou solide. Les particules ultrafines ont une grande surface spécifique, une énergie de surface élevée et une grande capacité d’adsorption.
- Rhéologie
La rhéologie est la science qui étudie le flux et le comportement de la matière. Comme discuté ci-dessus, à mesure que la taille des particules devient plus petite, les particules présentent progressivement des propriétés ou des comportements différents de ceux du solide d’origine. La rhéologie du système dit de dispersion de particules ou colloïde dans lequel des particules inférieures à 1 µm sont dispersées dans un liquide est un objet de recherche très significatif en théorie et en pratique.
Source de l’article : China Powder Network