51 subscriber

Свойства наночастиц серебра

В мире частиц наночастицы привлекали огромное внимание научного мира благодаря большому соотношению площади поверхности к объему и высокой реакционной способности с непревзойденными свойствами. Греческое слово нано-, используемое для обозначения "карлик", означает миллиардное.

google картинки
google картинки

Наночастицы могут служить прочным мостом между сыпучими материалами и атомными или молекулярными структурами. Нефтяной материал обладает постоянными физическими свойствами независимо от размера и формы, но в наноразмерных масштабах размер, морфологическая подструктура вещества и форма, а также соотношение сторон являются основными движущими факторами изменения его биологических, химических и физических свойств.

Потому что в наномасштабе материалы ведут себя по-другому и появляются с небольшим количеством новых признаков, например, некоторые из них становятся взрывоопасными (например, алюминий) или их изменения температуры плавления (например, серебро и золото), либо выявляются новые свойства (например, наносеребро имеет антибактериальный характер и становится поглотителем запаха).

google картинки
google картинки

Основные особенности наноматериалов. Новые свойства нанообъектов обусловлены изменениями размеров и масштаба. Отношение площади поверхности к объему частиц зависит от размера и формы объекта здесь размер наночастицы очень мал, по крайней мере, в одном измерении.

Наночастицы проявляли некоторое дополнительное явление, т. е. случайное движение мелких частиц, квантовое туннелирование, дискретность энергии, неопределенность материи, двойственность природы массы, энергия для частиц волн и т. д.

Более того, гравитация становится заметно менее значимой силой на наномасштабе, в то время как сила тяжести Вандера Ваальса становится невероятно сильной.

Поэтому под воздействием сил Вандера Ваальса материалы становятся "липкими". Вследствие уменьшения пространственного размера удержание этих квазичастиц в определенном кристаллографическом направлении в структуре, как правило, приводит к изменению физических свойств системы в этом направлении.

Некоторые качества (гравитационные силы, давление пара и температура кипения) наночастиц уменьшаются с уменьшением их размера и становятся незначительными при наномасштабировании, поскольку электромагнитная сила протонов в 1036 раз сильнее гравитационных сил. Здесь вместо классической механики доминирует квантовая механика. Наноматериалы изменяют свои электрические, оптические, поверхностно-зависимые, механические и магнитные свойства в наномасштабе и проявляют некоторые заметные эффекты, связанные с наночастицами, как указано ниже.

google картинки
google картинки

Электрические свойства. Из-за того, что электроны не могут свободно перемещаться на наноуровне и их движение становится ограниченным, такое ограничение в наномасштабе приводит к изменениям электрических свойств, таких как объемный проводник, полупроводниковые материалы, ведущие себя как сверхпроводники или проводники в наномасштабе. Аналогичным образом, нанозолото, наносеребро (размером менее 10 нм) не может проводить электричество.

Оптические свойства. Оптические свойства наноматериалов также зависят от размера. Электроны не могут свободно перемещаться в наномасштабе и становятся ограниченными. Ограничение электронов заставляет их по-разному реагировать на свет.

На макроуровне золото выглядит золотистым, но наноразмерные частицы золота - красными. Частицы оксида цинка наноразмерных размеров не будут рассеивать видимый свет и крупные частицы оксида цинка, используемые для защиты от солнца, поскольку они рассеивают видимый свет и выглядят белыми. Квантовые точки меняют свой внешний вид по мере уменьшения размера частиц, создавая различные цвета.

Поверхностные свойства. Доминирующие на поверхности свойства, такие как температура плавления, скорость реакции, капиллярное действие и адгезия, зависят от площади их поверхности и в связи с большой площадью поверхности наноматериалов, эти свойства демонстрируют резкие изменения от их объемных контрэлементов.

В макромасштабе золото имеет температуру плавления 1064 C, но при уменьшении размера частиц с 100 до 10 нм в диаметре, его температура плавления падает до 100 C. При уменьшении размера примерно до 2 нм, температура плавления уменьшается примерно вдвое от температуры плавления на макромасштабном уровне.

Механические свойства. На наноуровне наблюдаются изменения механических свойств материала, такие как модуль упругости Юнга, прочность на разрыв (в четыре раза больше), меньшая пластическая деформация, большая твердость, более хрупкие, деформации границ зерен, уменьшение удлинения, меньшая плотность дислокационных моментов, небольшое расстояние увеличения дислокационных моментов.

Магнитные свойства. Для наномагнитных материалов каждый спин ведет себя как небольшой магнит для наноматериалов. Взаимодействие между соседними спинами доминирует спинообменное взаимодействие. Обычно большинство материалов имеют J <0 и по своей природе являются немагнитными (парамагнитными или диамагнитными). Как и парамагниты, наносперпарамагниты возвращаются к нулевой намагниченности при удалении поля. Это происходит из-за их небольшого размера, а не из-за того.

google картинки
google картинки

Расширяется коммерческое использование инженерных наноматериалов, по крайней мере, с одним размером 100 нм и менее, в области наполнителей, осветителей, потребительских, медицинских продуктов (включая пластмассы, мыло, пасты, продукты питания, косметику, медицину, носители лекарственных средств и высокочувствительные SERS), катализаторов, полупроводников, текстиля, очистки сточных вод, микроэлектроники, биоизображений и т.д. Материалы на наноуровне могут вызывать определенные физические или химические взаимодействия с окружающей средой.