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Cómo materiales cambian en nanoescala

Las nanopartículas son tan pequeñas que contienen sólo unos pocos átomos a unos pocos miles de átomos, a diferencia de los materiales a granel que pueden contener muchos miles de millones de átomos. Esta diferencia es lo que hace que los nanomateriales se comporten de manera diferente a sus homólogos a granel.

Cómo nanopartículas reaccionan con otros elementos

Un aspecto de cómo las partículas de tamaño nanométrico actúan de manera diferente es cómo se comportan en las reacciones químicas. Uno de los ejemplos más interesantes de esta implica oro.

El oro es considerado un material inerte en el que no se corroe ni se empaña. Normalmente, el oro sería un material tonto para usar como un catalizador para las reacciones químicas, ya que no hace mucho. Sin embargo, romper el oro hacia abajo a nanosize (aproximadamente 5 nanómetros) y puede actuar como un catalizador que puede hacer cosas como la oxidación del monóxido de carbono.

Esta transformación funciona como sigue. Cuanto menor sea la nanopartícula, cuanto mayor sea la proporción de átomos en la superficie, y la mayor proporción de átomos en las esquinas del cristal.

Mientras que en la forma a granel, cada átomo de oro (excepto el pequeño porcentaje de ellos en la superficie) está rodeado por otros doce oro atoms- incluso los átomos de oro en la superficie tienen seis átomos de oro adyacentes. En una nanopartícula de oro un porcentaje mucho mayor de átomos de oro se sienta en la superficie.

Debido a que las formas cristalinas de oro formas, átomos de oro en las esquinas de los cristales están rodeados por un menor número de átomos de oro que los de la superficie de oro a granel. Los átomos expuestos en las esquinas del cristal son más reactivos que los átomos de oro en forma a granel, que permite que las nanopartículas de oro para catalizar reacciones.

Una nanopartícula de oro.
Una nanopartícula de oro.

Cómo nanopartículas cambian de color

Resulta que la capacidad del oro para catalizar reacciones no es el único que cambia en la nanoescala. Oro en realidad puede cambiar de color dependiendo del tamaño de las partículas de oro.

Una de las características de los metales es que son brillantes porque la luz se refleja en su superficie. Esta reflectividad tiene que ver con nubes de electrones en la superficie de los metales. Debido a que los fotones de la luz no pueden obtener a través de estas nubes y por lo tanto no son absorbidos por los electrones unidos a átomos de metales, los fotones se reflejan de vuelta a su ojo y que ven que la calidad brillante bling.

En forma a granel, el oro refleja la luz. En la nanoescala, la nube de electrones en la superficie de una nanopartícula de oro resuena con diferentes longitudes de onda de la luz dependiendo de su frecuencia. Dependiendo del tamaño de la nanopartícula, la nube de electrones estará en resonancia con una longitud de onda particular de la luz y absorber esa longitud de onda.

Una nanopartícula de aproximadamente 90 nm de tamaño absorberá colores en el extremo rojo y amarillo del espectro de color, por lo que la nanopartícula aparece azul-verde. Una partícula de menor tamaño, aproximadamente 30 nm de tamaño, absorbe azules y verdes, resultando en una apariencia de color rojo.

Cómo nanopartículas se funden a temperaturas más bajas

Otra característica que varía en el nivel nano es la temperatura a la cual un material se funde. En forma a granel, un material, como el oro, tiene una cierta temperatura de fusión sin importar si usted está derritiendo un pequeño anillo o una barra de oro. Sin embargo, cuando te pones a la nanoescala, las temperaturas de fusión empiezan a variar hasta en cientos de grados.

Esta diferencia en la temperatura de fusión se refiere de nuevo para el número de átomos en la superficie y las esquinas de las nanopartículas de oro. Con un mayor número de átomos expuesto, el calor puede romper el vínculo entre ellos y los átomos que rodean a una temperatura más baja. Cuanto menor sea la partícula, menor es su punto de fusión.


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