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表面效應 |
表面效應,球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比,其體積與直徑的立方成正比,故其比表面積(表面積/體積)與直徑成反比。隨着顆粒直徑的變小,比表面積將會顯著地增加,顆粒表面原子數相對增多,從而使這些表面原子具有很高的活性且極不穩定,致使顆粒表現出不一樣的特性,這就是表面效應。
簡介
對直徑大於0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計,當尺寸小於0.1微米時,其表面原子百分數激劇增長,甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100平方米,這時的表面效應將不容忽略。隨着納米材料粒徑的減小,表面原子數迅速增加。例如當粒徑為10nm時,表面原子數為完整晶粒原子總數的20%;而粒徑為1nm時,其表面原子百分數增大到99%;此時組成該納米晶粒的所有約30個原子幾乎全部分布在表面。由於表面原子周圍缺少相鄰的原子:有許多懸空鍵,具有不飽和性,易與其他原子相結合而穩定下來,故表現出很高的化學活性。隨着粒徑的減小,納米材料的表面積、表面能及表面結合能都迅速增大。超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的,若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒(直徑為 2*10-3微米)進行電視攝像,實時觀察發現這些顆粒沒有固定的形態,隨着時間的變化會自動形成各種形狀(如立方八面體,十面體,二十面體多李晶等),它既不同於一般固體,又不同於液體,是一種准固體。在電子顯微鏡的電子束照射下,表面原子仿佛進入了「沸騰」狀態,尺寸大於10納米後才看不到這種顆粒結構的不穩定性,這時微顆粒具有穩定的結構狀態。
評價
大量的原子世界的分子、原子、離子聚集成各種固體、液體、氣體物質,成為宏觀世界構成的基礎.當某種物質形成了一個相時,一般說來,這些物質的各部分有均勻的物理化學性質.然而,這只是對物質內部來說是對的.在物質表面的那些組元,所處的環境和所受的相互作用情況都和在物質內部的那些組元有所不同,這就造成表面部分和內部部分的性質有所不同.對於氣體來說,組元之間並不密集,表面效應不大.對於液體和固體,就會表現出表面效應.表面效應表現在處於物質表面的一層組元上,對於一般的宏觀物體,表面一層的組元在組元總數中只占很小的比例,表面效應常常是完全可以忽略的.但是對於體積很小的凝聚態微粒,表面效應有時就相當重要,可以用處於表面的組元數和組元總數之比作為描述表面效應程度的係數。當微粒很大時,係數接近於零;當微粒不斷減小時,係數不斷加大;當微粒小到納米範圍時,係數明顯增大。[1]