Sepuluh karakteristik bubuk ultra-halus
Secara umum, kami mendefinisikan bubuk dengan ukuran partikel kurang dari 1μm sebagai bubuk ultrafine. Serbuk ultrafine memiliki efek permukaan dan efek volume yang berbeda dari bahan padat asli atau partikel kasar, dan menunjukkan sifat seperti optik, listrik, magnet, panas, katalisis, dan mekanik.
Efek permukaan
Perbedaan signifikan antara serbuk ultrahalus dan objek makroskopik adalah peningkatan jumlah atom permukaan, luas permukaan spesifiknya yang besar, dan efek permukaan tidak dapat diabaikan.
Secara fisik, atom permukaan tidak sama dengan atom internal, dan atom internal dikenai gaya simetris atom sekitarnya. Posisi ruang di mana atom permukaan berada adalah asimetris, dan secara sepihak ditarik oleh atom-atom dalam tubuh, yang berarti bahwa energi atom permukaan lebih tinggi daripada energi atom dalam tubuh.
Efek kuantum
Efek kuantum mengacu pada fenomena bahwa ketika ukuran partikel turun ke nilai tertentu, elektron di dekat tingkat Fermi logam berubah dari kuasi-kontinyu menjadi diskrit.
Menurut teori pita energi padatan, elektron konduksi tidak lagi dimiliki oleh satu atom ketika bergerak dalam medan potensial periodik kristal, tetapi milik seluruh kristal. Sebagai hasil dari publikasi ini, keadaan energi elektron dalam kristal menjadi kuasi-kontinyu. Pita energi, yaitu perbedaan energi antara tingkat energi yang berdekatan jauh lebih kecil daripada energi panas.
Sifat optik
Warna partikel logam seringkali berbeda dari bahan curah. Ketika ukuran partikel logam kurang dari nilai tertentu, mereka biasanya tampak hitam karena penyerapan total gelombang cahaya. Selain penyerapan gelombang cahaya, partikel ultrafine juga memiliki efek hamburan.
Untuk partikel terdispersi sangat halus yang lebih kecil dari sepersepuluh panjang gelombang cahaya, intensitas cahaya yang dihamburkan berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang. Oleh karena itu, hamburan sinar matahari oleh debu di atmosfer membuat langit menjadi biru cerah.
Larutan tanah liat ultrahalus yang sangat terdispersi dalam air, bila dilihat dari samping dengan latar belakang gelap, tampak biru-putih, seolah-olah agak keruh. Sebenarnya, ini adalah hasil dari partikel lempung ultrahalus di bagian larutan yang menghamburkan cahaya datang.
Sifat listrik
Bahan logam memiliki konduktivitas, tetapi konduktivitas partikel nano-logam berkurang secara signifikan. Ketika energi medan listrik lebih rendah dari interval tingkat energi pemisahan, konduktivitas logam akan diubah menjadi isolasi listrik.
Sifat magnetik
Sifat magnetik serbuk ultrafine, terutama ketergantungan sifat magnetik partikel feromagnetik pada ukuran partikel, telah lama menjadi topik yang menarik.
Untuk bahan magnetik massal, ketika dalam keadaan netral magnetik, banyak domain magnetik biasanya terbentuk, dan momen magnetik di setiap domain magnetik akan secara spontan termagnetisasi sepanjang arah energi terendahnya. Di antara domain magnetik dan domain magnetik, terdapat lapisan transisi yang arah magnetisasinya berubah terus menerus, yang disebut dinding magnet.
Susunan orientasi kacau dari domain magnetik sebenarnya mematuhi prinsip energi minimum dari seluruh feromagnet, yang akan menyebabkan magnetisasi makroskopik menjadi nol dalam keadaan netral magnetik. Orientasi vektor domain magnetik dalam domain magnetik umumnya tergantung pada jenis anisotropi magnetik.
Bubuk ultrafine magnetik banyak digunakan. Sebagai media perekam magnetik terdapat γ-Fe2O3, logam FeCo, CrO2 , TixCOxO19 , BaFe12-2x,Fe4N, dan Co-γ-Fe2O3. Sebagai fluida magnetik, terdapat berbagai serbuk nano ferit seperti Fe3O4 dan partikel nano besi, nikel, kobalt dan paduannya. Ketika digunakan sebagai cairan magnetik, permukaan mikropartikel harus dibungkus dengan lapisan molekul organik rantai panjang.
Karena ukuran bubuk nano yang kecil dan luas permukaan spesifik yang besar, lapisan permukaan juga memiliki pengaruh yang lebih besar pada sifat magnetiknya.
Sifat katalitik
Perubahan ukuran partikel menyebabkan perubahan luas permukaan spesifik, yang mengubah potensial kimia partikel dan mengubah sifat termodinamika. Ukuran partikel memiliki pengaruh besar pada sifat termodinamika. Ketika ukuran partikel menjadi lebih kecil, energi permukaan akan meningkat secara signifikan, sehingga bubuk ultrafine dapat dilebur atau disinter pada suhu yang lebih rendah dari titik leleh bahan curah.
Catalytic properties
Untuk reaksi katalitik heterogen, untuk meningkatkan efisiensi katalitik, perlu untuk meningkatkan luas permukaan spesifik katalis dan mengurangi ukuran partikel, tetapi bukan satu-satunya.
Beberapa katalis cenderung menunjukkan nilai efisiensi katalitik maksimum ketika ukuran partikelnya sesuai. Oleh karena itu, perlu dipelajari pengaruh ukuran partikel dan keadaan permukaan katalis terhadap aktivitas katalitik.
Peralatan mekanis
Kekerasan bahan logam tradisional meningkat dengan penyempurnaan butir, dan sifat mekanik dasar bahan logam berbutir kasar meningkat dengan penurunan ukuran butir.
Untuk beberapa nano-padatan logam murni, seperti paladium, tembaga, perak, nikel, selenium, dll., kekerasan mikro pada suhu kamar meningkat secara signifikan dibandingkan dengan butiran kasar yang sesuai. Tetapi untuk nanomaterial senyawa intermetalik, ketika ukurannya di bawah ukuran kritis tertentu, ketika ukuran butir menjadi lebih kecil, kekerasannya justru menurun.
Susunan atom dalam nanosolid
Dalam studi sifat mekanik nanomaterial, orang paling tertarik pada material nanoceramic. Material nano-keramik memiliki stabilitas kimia yang baik, kekerasan tinggi, dan ketahanan suhu tinggi, yang diharapkan dapat mengatasi kekurangan ketidakmampuan untuk dikerjakan, kerapuhan, dan non-daktilitas.
Sifat magnetoresistif
Yang disebut efek magnetoresistance adalah perubahan resistivitas yang disebabkan oleh medan magnet.
Terlepas dari film partikel atau film multilayer, untuk mendapatkan efek magnetoresistance yang besar, ukuran partikel atau ketebalan lapisan magnetik dan non-magnetik harus kurang dari jalur bebas rata-rata elektron. Dengan cara ini, selain hamburan terkait spin, elektron diangkut dalam proses Kurang tunduk pada hamburan lain, orientasi spin dapat tetap tidak berubah.
Karena jalur bebas rata-rata elektron biasanya beberapa nanometer hingga 100 nm, efek magnetoresistansi raksasa hanya dapat muncul dalam sistem skala nano.
Properti solusi
- Pergerakan partikel ultrahalus dalam larutan
Dalam larutan atau suspensi dengan partikel serbuk ultrahalus sebagai zat terlarut, partikel ultrahalus juga memiliki efek difusi dari area konsentrasi tinggi ke area konsentrasi rendah. Pada saat yang sama, ada juga gerak Brown.
- Adsorpsi partikel ultrafine dalam larutan
Adsorpsi adalah salah satu fenomena antarmuka antara fase yang berbeda dalam kontak satu sama lain. Ini adalah fenomena di mana adsorbat teradsorpsi pada lapisan kontak yang sangat tipis pada antarmuka atau permukaan cairan atau padatan adsorben. Partikel ultrafine memiliki luas permukaan spesifik yang besar, energi permukaan yang tinggi dan kapasitas adsorpsi yang besar.
- Kajian perubahan bentuk
Rheologi adalah ilmu yang mempelajari aliran dan perilaku materi. Seperti dibahas di atas, ketika ukuran partikel menjadi lebih kecil, partikel secara bertahap menunjukkan sifat atau perilaku yang berbeda dari padatan aslinya. Reologi dari apa yang disebut sistem dispersi partikel atau koloid di mana partikel di bawah 1 m terdispersi dalam cairan adalah objek penelitian yang sangat berarti dalam teori dan praktik.
Sumber artikel: Jaringan Bubuk China