Тд свойства дисперсных частиц

Понижение температуры плавления

При уменьшении размеров твёрдых частиц наблюдается постепенное снижение T_пл различных веществ. Для металлических частиц этот размерный эффект проявляется достаточно сильно в интервале размеров 1-50 нм. Например, для Au разность температур становится заметной при d<20 нм. В интервале d<5 нм температура плавления уменьшается примерно на 100 градусов. При d<2 нм – на 1000. Значительное понижение Т_пл замечено и для Pb, Bi, Sn, In.

Уменьшение размера частиц приводит к увеличение поверхностных атомов, в результате чего условие того, что амплитуда колебаний поверхностных атомов превысит межатомное расстояние увеличивается.

Характер зависимости температура плавления от размеров существенно связан с агрегатным состоянием окружающих частиц дисперсной среды. Приведённые выше примеры наблюдаются в аэрозолях. В системах тв-тв наблюдается как и положительное изменение Т_пл, так и отрицательное. Например, наночастицы In в порах Fe плавятся при температурах выше номинальной, а в порах Al – ниже.

Переохлаждение капель

Размер дисперсных частиц оказывает сильное влияние не только на процесс плавления, но и на процесс кристаллизации. Высокодисперсные капли различных жидкостей могут длительное время сохраняться в жидком состоянии при сильном переохлаждении.

Для жидких металлов максимальное переохлаждение капель при d=2-100 мкм составляет:

Hg -77

Ga – 76

Sn – 118

Pb – 80

Ag – 227

Теплоёмкость

Влияние размеров металлических наночастиц на теплоёмкость проявляется особенно резко в области очень низких температур. Например, для кластеров Pd температурная зависимость теплоёмкости отклоняется от соответствующей зависимости для макроскопических образцов. Эти различия растут по мере уменьшения числа атомов Pd в кластере.

Механические свойства дисперсных частиц

Основное механическое свойство твёрдых тел – их прочность. Количественной характеристикой прочности материалов служит предельное напряжение (р_с, Н/м²), при котором происходит разрыв образца: р_с=f_c/Ω.

Где f_c – растягивающая сила; Ω – площадь поперечного сечения образца.

Для образцов с большим поперечным сечением (d> 0,1 мкм) прочность зависит только от химической природы вещества. Однако для тонких образцов, диаметр которых соответствует размеру дисперсных частиц, показан явный размерный эффект Например, для стеклянных нитей:

d, мкм	22	16	12,5	8	2,5
pc, Н/м2	220	1070	1460	2070	5600

Размерную зависимость в этой области описывает уравнение: p_c=p_cmin+β/d

Где β – константа, зависящая от химической природы материала.

Для поликристаллических тел (металлы, сплавы, минералы) также характерен размерный эффект. Дело в том, что при уменьшении диаметра образца падает вероятность обнаружения дефектов (дислокаций) в кристаллах, т.к. среднее расстояние между ними равно 100 нм. Поэтому рост прочности характерен для образцов меньших размеров.

Другое замечательное свойство наноразмерных образцов некоторых веществ заключается в их большой пластичности. Установлено, что композитные Cu-Nb и Cu-Cr проволоки диаметром 15-20 нм при очень сильном охлаждении деформируются пластично – предельное удлинение составляет 10%. Массивные образцы в таких условиях очень хрупки.