Nanotozlar, hem atomlardan hem de kristallerden farklı özelliklere sahiptir. Bunlar, yığın malzemelerden farklı yeni bir malzeme olarak kabul edilebilir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri, yığın malzemelerin özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır.
Nanoparçacıkların yüzey yapısı, iç yapısından farklıdır. Parçacıkların içindeki atomik aralık genellikle kütle halindeki malzemelerdekinden daha küçüktür, ancak artabilir de. Nanoparçacıkların elektronik enerji seviyesi yapısı, kütle halindeki katı maddelerden farklıdır. Bu, elektriksel nötrlük ve elektron hareketine getirilen kısıtlamalar gibi faktörlerden kaynaklanmaktadır. Küçük parçacıkların boyutu nano ölçeğe girdiğinde, parçacıklar ve nanokatılar aşağıdaki etkileri gösterir:
1. Nanotozun Özellikleri
1) Elektronik enerji seviyelerinin süreksizliği
Kubo'nun teorisiKubo'nun teorisi, metal ultra ince toz parçacıklarının Fermi yüzeyine yakın elektronik enerji seviyelerinin dağılımını ele alır. Bu teori, geleneksel yaklaşımlardan farklıdır. Geleneksel yaklaşımlar genellikle yığın halindeki malzemelerin Fermi yüzeyine yakın elektronik enerji seviyelerinin dağılımına odaklanır. Parçacık boyutu nanometre seviyesine ulaştığında, orijinal yığın halindeki metalin yarı sürekli enerji seviyeleri, kuantum boyut etkisi nedeniyle ayrık hale gelir.
2) Kuantum boyut etkisi
Parçacık boyutu bir eşik değerinin altına düştüğünde, metal Fermi seviyesine yakın elektronik enerji seviyeleri yarı sürekli halden kesikli hale dönüşür. Nano-yarıiletken parçacıkların en yüksek dolu moleküler orbital (HOMO) ve en düşük boş moleküler orbital (LUMO) enerji seviyeleri de süreksiz hale gelir ve bu da enerji aralığında bir artışa yol açar. Bu olaya kuantum boyut etkisi denir. Bant teorisi, metal Fermi seviyesine yakın elektronik enerji seviyelerinin genellikle sürekli olduğunu göstermektedir.
Nanoparçacıklar için ise içerdikleri atom sayısı sınırlıdır. İletken elektron sayısı çok azdır ve bu da enerji seviyesi aralığının bölünmesine neden olur. Enerji seviyesi aralığı termal enerjiyi, manyetik enerjiyi, statik manyetoelektrik enerjiyi, elektrostatik enerjiyi, foton enerjisini veya süperiletken halin yoğunlaşma enerjisini aştığında, kuantum boyut etkisi dikkate alınmalıdır. Bu etki, nanoparçacıkların manyetik, optik, akustik, termal, elektriksel ve süperiletken özelliklerinin, yığın halindeki malzemelerin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olmasına yol açar.
3) Küçük boyut etkisi
Ultra ince parçacıkların boyutu, ışığın dalga boyu, de Broglie dalga boyu ve süper iletken halin koherans uzunluğu veya iletim derinliği gibi fiziksel özelliklere kıyaslanabilir veya bunlardan daha küçük olduğunda, parçacığın periyodikliğinin sınır koşulları bozulur. Amorf nanopowderların yüzey tabakasına yakın atom yoğunluğu azalır ve bu da akustik, optik, elektriksel, manyetik, termal ve mekanik özelliklerinde yeni küçük boyut etkilerine yol açar.
4) Yüzey etkisi
Nanotozlar küçük boyutludur ve yüksek yüzey enerjisine sahiptir; yüzeyde bulunan atomlar önemli bir oranda yer alır. Yüzey atomlarının sayısındaki artış, yetersiz atomik koordinasyon ve yüksek yüzey enerjisi nedeniyle, bu yüzey atomları yüksek aktivite gösterir, son derece kararsızdır ve diğer atomlarla kolayca birleşir.
5) Makroskopik kuantum tünelleme etkisi
Mikroskobik parçacıkların potansiyel bariyerleri aşabilme yeteneğine tünelleme etkisi denir. Parçacıkların manyetizasyon yoğunluğu ve cihazlardaki manyetik akı gibi makroskobik niceliklerin de tünelleme etkileri gösterdiği keşfedilmiştir. Bunlara makroskobik kuantum tünelleme etkileri denir.
2. Çökeltme Yöntemi
Bu yöntem, bir veya daha fazla çözünebilir katyon içeren bir tuz çözeltisini içerir. Bir çökeltici (OH⁻, CO₃²⁻, SO₄²⁻ veya diğer anyonlar gibi) eklendiğinde, çözünmeyen hidroksitler, karbonatlar, oksalatlar ve sülfatlar oluşur ve çözeltiden çökelir. Daha sonra çözücü ve çözeltideki orijinal anyonlar süzülür ve çökelti, istenen oksit tozunu elde etmek için termal olarak ayrıştırılır. Çözeltide iki veya daha fazla katyon aynı anda çökeldiğinde, bu işleme eş çökelme denir.
1) Yağış Oluşumu
Yaygın çökelme türleri şunlardır: iri kristalli çökelme (örneğin, MgNH₄PO₄·6H₂O), ince kristalli çökelme (örneğin, BaSO₄), pıhtı benzeri çökelme (örneğin, AgCl) ve amorf çökelme (örneğin, Fe₂O₃·xH₂O). Bu türler arasındaki fark esas olarak çökelme parçacıklarının boyutunda yatmaktadır. Kristal çökelme parçacıkları büyüktür, amorf çökelme parçacıkları küçüktür ve pıhtı benzeri çökelme ise bunların arasında yer alır. Çökelme oluşumu karmaşık bir süreç olduğundan, bunu açıklayan tam olarak yerleşmiş bir teori yoktur. Aşağıda, çökelme oluşumunun genel süreci hakkında kısa bir açıklama verilmektedir.
2) Kristal Çekirdeklerinin Oluşumu
Aşırı doymuş haldeki çözücü moleküller veya iyonlar, birbirleriyle çarpışma ve etkileşim yoluyla kümeler veya moleküler gruplar halinde bir araya gelirler. Bu kümeler kritik bir boyuta ulaştığında, çökelme parçacığı oluşumu için maksimum serbest enerjiye sahip aktif varlıklar olan kristal çekirdekleri haline gelirler. Bu birleşme ve çekirdeklenme sürecine kristal çekirdeklenmesi denir. Kristal çekirdeklenmesi anlık bir olaydır ve incelenmesi birçok zorluk içermektedir; yani mekanizması henüz tam olarak çözülmemiştir. Genel olarak, kristal çekirdeğinin en fazla 4-8 kristal oluşturan iyon veya 2-4 iyon çifti içerdiği düşünülmektedir.
Çözüm
Nanotozlar, hem atomlardan hem de kütle halindeki malzemelerden ayıran benzersiz özellikler sergiler. Küçük boyutları, elektronik enerji seviyelerinde değişiklik, kuantum boyut etkileri ve artan yüzey enerjisi gibi farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere yol açar. Bu özellikler, akustik, optik, manyetizma ve elektronik dahil olmak üzere çeşitli alanlarda gelişmiş reaktivite ve yeni davranışlarla sonuçlanır. Ek olarak, nanopartiküllerin küçük boyutu ve yüksek yüzey alanı, geleneksel malzemelerin yetersiz kaldığı uygulamalarda onları özellikle değerli kılar. Çökeltme gibi yöntemler yoluyla nanotozların davranışını ve oluşum süreçlerini anlamak, gelişmiş teknolojik ve endüstriyel uygulamalarda tam potansiyellerinden yararlanmak için çok önemlidir.
İletişime geçmeye hoş geldiniz Destansı toz‘İnce toz üreten jet değirmenleri hakkında daha fazla bilgi için mühendislerimizle iletişime geçin.
