Mười đặc điểm của bột siêu mịn
Nói chung, chúng tôi định nghĩa bột có kích thước hạt nhỏ hơn 1μm là bột siêu mịn. Bột siêu mịn có các hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng thể tích khác với vật liệu rắn ban đầu hoặc các hạt thô hơn, đồng thời thể hiện các đặc tính như quang học, điện, từ tính, nhiệt, xúc tác và cơ học.
Hiệu ứng bề mặt
Sự khác biệt đáng kể giữa bột siêu mịn và các vật thể vĩ mô là sự gia tăng số lượng nguyên tử bề mặt, diện tích bề mặt riêng lớn của nó và không thể bỏ qua hiệu ứng bề mặt.
Về mặt vật lý mà nói, các nguyên tử bề mặt không giống như các nguyên tử bên trong, và các nguyên tử bên trong phải chịu lực của các nguyên tử đối xứng xung quanh. Vị trí không gian nơi các nguyên tử bề mặt nằm là không đối xứng và nó bị các nguyên tử trong cơ thể hút đơn phương, có nghĩa là năng lượng của nguyên tử bề mặt cao hơn năng lượng của nguyên tử trong cơ thể.
Hiệu ứng lượng tử
Hiệu ứng lượng tử đề cập đến hiện tượng khi kích thước hạt giảm xuống một giá trị nhất định, các điện tử gần mức Fermi kim loại thay đổi từ gần như liên tục sang rời rạc.
Theo thuyết vùng năng lượng của chất rắn, các electron dẫn không còn thuộc về một nguyên tử khi chuyển động trong trường thế tuần hoàn của tinh thể mà thuộc về toàn bộ tinh thể. Kết quả của sự công khai này, trạng thái năng lượng của electron trong tinh thể trở nên gần như liên tục. Dải năng lượng, tức là sự chênh lệch năng lượng giữa các mức năng lượng liền kề nhỏ hơn nhiều so với nhiệt năng.
Tính chất quang học
Màu sắc của các hạt kim loại thường khác với màu của các vật liệu dạng khối. Khi kích thước của các hạt kim loại nhỏ hơn một giá trị nào đó, chúng thường có màu đen do sự hấp thụ toàn bộ của sóng ánh sáng. Ngoài tác dụng hấp thụ sóng ánh sáng, các hạt siêu mịn còn có tác dụng tán xạ.
Đối với các hạt phân tán siêu mịn có kích thước nhỏ hơn vài phần mười bước sóng ánh sáng thì cường độ ánh sáng tán xạ tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng. Do đó, sự tán xạ ánh sáng mặt trời bởi bụi trong khí quyển làm cho bầu trời trong xanh.
Dung dịch đất sét siêu mịn phân tán nhiều trong nước, khi nhìn từ bên trên nền tối, có màu trắng xanh, như thể nó hơi đục. Trên thực tế, đây là kết quả của việc các hạt đất sét siêu mịn trong dung dịch tán xạ một phần của ánh sáng tới.
Đặc tính điện
Vật liệu kim loại có độ dẫn điện, nhưng độ dẫn điện của các hạt kim loại nano bị giảm đáng kể. Khi năng lượng điện trường thấp hơn khoảng thời gian của mức năng lượng phân tách, tính dẫn điện của kim loại sẽ chuyển thành tính cách điện.
Tính hấp dẫn
Các tính chất từ của bột siêu mịn, đặc biệt là sự phụ thuộc của các đặc tính từ của các hạt sắt từ vào kích thước hạt, từ lâu đã là một chủ đề được quan tâm.
Đối với các vật liệu từ khối lượng lớn, khi ở trạng thái trung tính từ, nhiều miền từ thường được hình thành và mômen từ trong mỗi miền từ sẽ bị từ hóa một cách tự phát dọc theo hướng có năng lượng thấp nhất của nó. Giữa miền từ và miền từ có lớp chuyển tiếp mà chiều từ hóa thay đổi liên tục gọi là vách từ.
Sự sắp xếp định hướng hỗn loạn của các miền từ thực sự tuân theo nguyên tắc năng lượng cực tiểu của toàn bộ chất sắt từ, điều này sẽ làm cho từ hóa vĩ mô bằng không ở trạng thái trung tính từ. Định hướng của vectơ miền từ trong miền từ nói chung phụ thuộc vào dạng dị hướng từ.
Bột siêu mịn từ tính được sử dụng rộng rãi. Là phương tiện ghi từ tính, có γ-Fe2O3, FeCo kim loại, CrO2 , TixCOxO19 , BaFe12-2x, Fe4N và Co-γ-Fe2O3. Là chất lỏng từ tính, có nhiều bột ferit nano khác nhau như Fe3O4 và các hạt nano sắt, niken, coban và các hợp kim của chúng. Khi được sử dụng như một chất lỏng từ tính, bề mặt của các vi hạt phải được bao bọc bởi một lớp các phân tử mạch dài hữu cơ.
Do kích thước nhỏ của bột nano và diện tích bề mặt riêng lớn, lớp phủ bề mặt cũng có ảnh hưởng lớn hơn đến các tính chất từ tính của nó.
Tính chất nhiệt
Sự thay đổi kích thước hạt dẫn đến sự thay đổi diện tích bề mặt riêng, làm thay đổi thế năng hóa học của hạt và thay đổi tính chất nhiệt động lực học. Kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến các tính chất nhiệt động lực học. Khi kích thước hạt trở nên nhỏ hơn, năng lượng bề mặt sẽ tăng lên đáng kể, do đó bột siêu mịn có thể được nấu chảy hoặc thiêu kết ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu dạng khối.
Tính chất xúc tác
Đối với phản ứng xúc tác dị thể, để nâng cao hiệu suất xúc tác, việc tăng diện tích bề mặt riêng của xúc tác và giảm kích thước hạt là cần thiết, nhưng không phải là duy nhất.
Một số chất xúc tác có xu hướng hiển thị giá trị lớn nhất của hiệu suất xúc tác khi kích thước hạt phù hợp. Vì vậy cần phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích thước hạt và trạng thái bề mặt của xúc tác đến hoạt tính của xúc tác.
Tính chất cơ học
Độ cứng của vật liệu kim loại truyền thống tăng lên khi tinh chế hạt, và các tính chất cơ học cơ bản của vật liệu kim loại thô tăng khi kích thước hạt giảm.
Đối với một số chất rắn nano kim loại nguyên chất, chẳng hạn như paladi, đồng, bạc, niken, selen, v.v., độ cứng vi mô ở nhiệt độ phòng tăng đáng kể so với các hạt thô tương ứng. Nhưng đối với vật liệu nano của các hợp chất liên kim loại, khi kích thước dưới một kích thước tới hạn nhất định, khi kích thước hạt trở nên nhỏ hơn, thay vào đó độ cứng sẽ giảm.
Sự sắp xếp của các nguyên tử trong một chất rắn nano
Trong nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu nano, người ta quan tâm nhiều nhất đến vật liệu gốm sứ nano. Vật liệu nano-ceramic có tính ổn định hóa học tốt, độ cứng cao, chịu được nhiệt độ cao, được kỳ vọng sẽ khắc phục được các nhược điểm không thể gia công, giòn và không dẻo.
Thuộc tính từ tính
Cái gọi là hiệu ứng từ trở là sự thay đổi điện trở suất do từ trường gây ra.
Bất kể màng hạt hay màng nhiều lớp, để có được hiệu ứng từ trở lớn, kích thước hạt hoặc độ dày của lớp từ tính và không từ tính phải nhỏ hơn đường đi tự do trung bình của các electron. Bằng cách này, ngoài tán xạ liên quan đến spin, các điện tử được vận chuyển trong quá trình Ít chịu sự tán xạ khác, hướng của spin có thể không thay đổi.
Vì đường đi tự do trung bình của các điện tử thường từ vài nanomet đến 100 nm, hiệu ứng từ trở khổng lồ chỉ có thể xuất hiện trong các hệ thống quy mô nano.
Thuộc tính giải pháp
- Chuyển động của các hạt siêu mịn trong dung dịch
Trong dung dịch hoặc huyền phù có các hạt bột siêu mịn làm chất tan, các hạt siêu mịn cũng có tác dụng khuếch tán từ vùng có nồng độ cao sang vùng có nồng độ thấp. Đồng thời, có cả chuyển động Brown.
- Hấp phụ các hạt siêu mịn trong dung dịch
Hấp phụ là một trong những hiện tượng bề mặt giữa các pha khác nhau tiếp xúc với nhau. Là hiện tượng chất hấp phụ bị hấp phụ trong lớp tiếp xúc rất mỏng trên bề mặt phân cách hoặc bề mặt của chất lỏng hoặc chất rắn bị hấp phụ. Các hạt siêu mịn có diện tích bề mặt riêng lớn, năng lượng bề mặt cao và khả năng hấp phụ lớn.
- Rheology
Lưu biến học là khoa học nghiên cứu dòng chảy và hành vi của vật chất. Như đã thảo luận ở trên, khi kích thước hạt trở nên nhỏ hơn, các hạt dần dần thể hiện những đặc tính hoặc hành vi khác với những đặc tính hoặc hành vi của chất rắn ban đầu. Lưu biến học của cái gọi là hệ phân tán hạt hay chất keo trong đó các hạt có kích thước dưới 1 μm được phân tán trong chất lỏng là một đối tượng nghiên cứu rất có ý nghĩa về mặt lý thuyết và thực tiễn.
Nguồn bài viết: China Powder Network