تتميز المساحيق النانوية بخصائص تختلف عن الذرات والبلورات على حد سواء. ويمكن اعتبارها مادة جديدة، وهي مختلفة عن المواد السائبة. فهي تتمتع بخصائص فيزيائية وكيميائية تختلف بشكل كبير عن خصائص المواد السائبة.
تختلف البنية السطحية للجسيمات النانوية عن البنية الداخلية. تكون المسافة الذرية داخل الجسيمات أصغر عمومًا من تلك الموجودة في المواد السائبة، ولكنها يمكن أن تزيد أيضًا. تختلف بنية مستوى الطاقة الإلكترونية للجسيمات النانوية عن المواد الصلبة السائبة. ويرجع هذا إلى عوامل مثل الحياد الكهربائي والقيود المفروضة على حركة الإلكترونات. عندما يدخل حجم الجسيمات الصغيرة إلى مقياس النانو، تظهر الجسيمات والمواد الصلبة النانوية التأثيرات التالية:
1. خصائص مسحوق النانو
1) انقطاع مستويات الطاقة الإلكترونية
نظرية كوبو:تتناول نظرية كوبو توزيع مستويات الطاقة الإلكترونية بالقرب من سطح فيرمي لجزيئات مسحوق المعادن فائقة الدقة. وتختلف هذه النظرية عن الأساليب التقليدية. فهي تركز عادة على توزيع مستويات الطاقة الإلكترونية بالقرب من سطح فيرمي للمواد السائبة. وعندما يصل حجم الجسيمات إلى مستوى النانومتر، تصبح مستويات الطاقة شبه المستمرة للمعدن السائب الأصلي منفصلة. ويرجع ذلك إلى تأثير الحجم الكمومي.
2) تأثير الحجم الكمي
عندما ينخفض حجم الجسيم إلى ما دون عتبة معينة، تتغير مستويات الطاقة الإلكترونية بالقرب من مستوى فيرمي المعدني من شبه مستمرة إلى منفصلة. كما تصبح مستويات الطاقة المدارية الجزيئية الأعلى مشغولة (HOMO) والأدنى غير المشغولة (LUMO) لجسيمات أشباه الموصلات النانوية غير متصلة، مما يؤدي إلى زيادة فجوة الطاقة. تسمى هذه الظاهرة بتأثير الحجم الكمومي. تشير نظرية النطاق إلى أن مستويات الطاقة الإلكترونية بالقرب من مستوى فيرمي المعدني مستمرة بشكل عام.
أما بالنسبة للجسيمات النانوية، فإن عدد الذرات التي تحتويها محدود. وعدد الإلكترونات الموصلة صغير جدًا، مما يتسبب في انقسام تباعد مستويات الطاقة. وعندما يتجاوز تباعد مستويات الطاقة الطاقة الحرارية، أو الطاقة المغناطيسية، أو الطاقة المغناطيسية الكهربائية الساكنة، أو الطاقة الكهروستاتيكية، أو طاقة الفوتون، أو طاقة التكثيف للحالة الفائقة التوصيل، فيجب مراعاة تأثير الحجم الكمي. ويؤدي هذا التأثير إلى اختلاف الخصائص المغناطيسية والبصرية والصوتية والحرارية والكهربائية والموصلية الفائقة للجسيمات النانوية بشكل كبير عن تلك الموجودة في المواد السائبة.
3) تأثير الحجم الصغير
عندما يكون حجم الجسيمات الدقيقة للغاية مماثلاً أو أصغر من الخصائص الفيزيائية مثل الطول الموجي للضوء، وطول موجة دي برولي، وطول التماسك أو عمق النفاذية للحالة الفائقة التوصيل، فإن الظروف الحدودية لدورية الجسيم تتعطل. تنخفض الكثافة الذرية بالقرب من الطبقة السطحية لمساحيق النانو غير المتبلورة، مما يؤدي إلى تأثيرات جديدة صغيرة الحجم في خصائصها الصوتية والبصرية والكهربائية والمغناطيسية والحرارية والميكانيكية.
4) تأثير السطح
تتميز مساحيق النانو بحجمها الصغير وطاقتها السطحية العالية، حيث تشكل الذرات الموجودة على السطح نسبة كبيرة منها. وبسبب الزيادة في عدد الذرات السطحية، وعدم كفاية التنسيق الذري، وارتفاع طاقة السطح، فإن هذه الذرات السطحية تظهر نشاطًا عاليًا، وهي غير مستقرة للغاية، ويمكن دمجها بسهولة مع ذرات أخرى.
5) تأثير النفق الكمي العياني
تُسمى قدرة الجسيمات المجهرية على اختراق الحواجز المحتملة بتأثير النفق. وقد اكتُشِف أن الكميات العيانية، مثل شدة مغناطيسية الجسيمات والتدفق المغناطيسي في الأجهزة، تظهر أيضًا تأثيرات نفق. ويشار إلى هذه التأثيرات باسم تأثيرات النفق الكمي العيانية.
2. طريقة الترسيب
تتضمن هذه الطريقة محلول ملح يحتوي على كاتيون قابل للذوبان واحد أو أكثر. عندما يضاف مادة مترسبة (مثل OH⁻ أو CO₃²⁻ أو SO₄²⁻ أو أيونات أخرى)، تتشكل هيدروكسيدات وكربونات وأكسالات وكبريتات غير قابلة للذوبان وتترسب من المحلول. ثم يتم ترشيح المذيب والأنيونات الأصلية في المحلول، ويتم تحلل الراسب حرارياً للحصول على مسحوق الأكسيد المطلوب. عندما يترسب كاتيونان أو أكثر في وقت واحد في المحلول، تسمى هذه العملية بالترسيب المشترك.
1) تكوين الهطول
تشمل الأنواع الشائعة للترسيب ما يلي: الترسيب البلوري الخشن (على سبيل المثال، MgNH₄PO₄·6H₂O)، والترسيب البلوري الناعم (على سبيل المثال، BaSO₄)، والترسيب الشبيه بالخثارة (على سبيل المثال، AgCl)، والترسيب غير المتبلور (على سبيل المثال، Fe₂O₃·xH₂O). يكمن الاختلاف بين هذه الأنواع في المقام الأول في حجم جزيئات الراسب. تكون جزيئات الترسيب البلوري كبيرة، وتكون جزيئات الترسيب غير المتبلور صغيرة، وتقع جزيئات الترسيب الشبيهة بالخثارة بينهما. ونظرًا لأن تكوين الترسيب عملية معقدة، فلا توجد نظرية ثابتة تمامًا لوصفها. يوفر ما يلي وصفًا موجزًا للعملية العامة لتكوين الترسيب.
2) تكوين نوى البلورات
تتجمع الجزيئات أو الأيونات المذابة في حالة مشبعة، من خلال التصادم والتفاعل مع بعضها البعض، في مجموعات أو مجموعات جزيئية. وعندما تصل هذه المجموعات إلى حجم حرج، فإنها تصبح نوى بلورية - كيانات نشطة ذات أقصى طاقة حرة لتكوين الجسيمات المترسبة. وتسمى عملية التجمع والنواة هذه بالنواة البلورية. والنواة البلورية هي ظاهرة لحظية، ودراستها تقدم العديد من التحديات، مما يعني أن آليتها لم يتم حلها بالكامل بعد. ومن المعتقد عمومًا أن نواة البلورة لا تحتوي على أكثر من 4-8 أيونات مكونة للبلورة أو 2-4 أزواج أيونات.
خاتمة
تتميز المساحيق النانوية بخصائص فريدة تميزها عن الذرات والمواد السائبة. يؤدي حجمها الصغير إلى خصائص فيزيائية وكيميائية مميزة، مثل مستويات الطاقة الإلكترونية المتغيرة، وتأثيرات الحجم الكمومي، وزيادة طاقة السطح. تؤدي هذه الخصائص إلى تفاعلية محسنة وسلوكيات جديدة في مجالات مختلفة، بما في ذلك الصوتيات والبصريات والمغناطيسية والإلكترونيات. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحجم الصغير والمساحة السطحية العالية للجسيمات النانوية تجعلها ذات قيمة خاصة في التطبيقات حيث تفشل المواد التقليدية. إن فهم سلوك وعمليات تكوين المساحيق النانوية، مثل من خلال طرق مثل الترسيب المشترك، أمر ضروري لتسخير إمكاناتها الكاملة في التطبيقات التكنولوجية والصناعية المتقدمة.
مرحبا بكم في الاتصال بنا مسحوق ملحيمهندسو الشركة للحصول على مزيد من المعلومات حول مطاحن النفاثة التي تنتج مساحيق ناعمة.
