Acerca de la Influencia del tamaño de las partículas en el comportamiento térmico de los polvos inorgánicos

Fundición

Según Schmid [4], la variación del tamaño de las partículas en el rango de los milímetros y micrómetros no influye significativamente en el comportamiento de fusión de las partículas. En el caso de partículas esféricas con diámetros superiores a 50 nm, las partículas de la superficie representan menos del 6% de la masa y, por tanto, su efecto es insignificante. Para tamaños de partícula más pequeños (r < 25 nm), el porcentaje de partículas coordinadamente insaturadas cerca de la superficie aumenta, causando una disminución signifi cativa de la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión [6] según el modelo de Reifenberger [5].

Reacciones en la superficie de las partículas

La combustión de partículas de carbono puede utilizarse como modelo de reacción superficial. El oxígeno gaseoso puede suministrarse uniformemente a la superficie de la partícula y reacciona allí para formar_CO2, un producto gaseoso y, por tanto, fácilmente eliminable. La propia reacción genera una superficie nueva y reactiva. La partícula de carbono disminuye de tamaño hasta que se convierte completamente en_CO2. Por el contrario, la capa superficial de óxido metálico producida durante la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación de partículas metálicas presenta una capa de barrera pasiva que dificulta el acceso de oxígeno al núcleo metálico más allá de un cierto espesor, impidiendo así la conversión cuantitativa (figura 1).

Resultados de las mediciones

A pesar de tener tamaños de partícula comparables (~50 nm), los distintos tipos de Negro de humoTemperature and atmosphere (purge gas) affect the mass change results. By changing the atmosphere from, e.g., nitrogen to air during the TGA measurement, separation and quantification of additives, e.g., carbon black, and the bulk polymer can become possible.negro de humo mostraron comportamientos de combustión muy diferentes, como se muestra en la figura 2. Las diferencias se deben probablemente a las diferencias en la porosidad de los materiales, que afectan a sus áreas superficiales. Las diferencias se deben probablemente a las diferencias en la porosidad de los materiales, que afectan a sus áreas superficiales. Así pues, el tamaño de las partículas por sí solo es sólo una determinación aproximada del comportamiento de OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación.

Liberación de productos de reacción gaseosos

Aunque las reacciones de descomposición no requieren ningún reactante gaseoso adicional, están, no obstante, significativamente influenciadas por procesos de transporte. Aunque la superficie no es crucial en este caso, la distancia que deben recorrer los gases liberados desde el interior hasta la superficie de la partícula a través de poros o canales depende del tamaño de la partícula. Por lo tanto, este proceso es considerablemente más efficiente para partículas muy small.

Los ejemplos de _CaCO3 (figura 3) y goethita (figura 4) ilustran el efecto del menor tamaño de partícula en la reducción de las temperaturas a las que se descomponen los materiales con la liberación de_CO2 o _H2O[6]. Los resultados termogravimétricos confi rman que las estequiometrías de los gases liberados no se ven afectadas por la variación del tamaño de partícula.

El análisis termocinético de la deshidratación de α-FeOOH (goethita) a _α-Fe2O3 (hematites) demostró que el modelo cinético formal de la reacción era más sencillo para las partículas de small que para las de large. Las mediciones a diferentes velocidades de calentamiento se modelaron mediante un proceso de reacción consistente en dos pasos consecutivos de ^enésimo orden y una energía de activación de 150 kJ/mol [7]. La cuanficación de los pasos de pérdida de masa entre 120°C y 350°C confirma los valores esperados para la conversión estequiométrica de goethita en hematites. La velocidad de pérdida de masa (DTG) -indicada con líneas discontinuas- muestra que el pico de reacción se desplaza a temperaturas más bajas con tamaños de partícula más pequeños. La foto de la figura 4 muestra el cambio de aspecto de las muestras de goethita al variar el tamaño de las partículas.

Sinterización

Los efectos dependientes del tamaño de las partículas observados durante la SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización de los gránulos de polvo prensado no pueden explicarse únicamente por el aumento de la superficie (figura 5). En contraste con el comportamiento de fusión, los efectos del tamaño de las partículas en la SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización se producen en dimensiones tan grandes como large, en el rango de los micrómetros. Se producen reducciones significativas de la temperatura de SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización con una variación relativamente small del tamaño de las partículas.

La cantidad de puntos de contacto entre partículas esféricas aumenta mucho más rápidamente que la relación superficie-volumen (figuras 6 y 7). Para el aumento de la actividad de SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización, los puntos de contacto entre las partículas son importantes. Se generaron partículas de entre 10 μm y 130 nm de diámetro moliendo los materiales con el sistema de molino de batido NETZSCH ZETA® RS4.

La figura 8 muestra la dependencia de la actividad de SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización del tamaño de las partículas de _BaTiO3. La temperatura de SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización de 1108°C para las partículas más pequeñas (temperatura de inicio extrapolada) es casi 100 K inferior a la temperatura de SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización de las partículas más grandes (1205°C).

Resumen

Con la ayuda de mediciones termoanalíticas, se ha podido demostrar que el tamaño de las partículas tiene un efecto significativo en la cinética y, por tanto, en la dependencia de la temperatura de procesos como la deshidratación, la descomposición, la combustión y la SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización. Así pues, la preparación de la muestra, en particular el tamaño de las partículas, es un parámetro importante que debe tenerse en cuenta al interpretar los resultados de las mediciones.

Los métodos de análisis térmico ofrecen un medio relativamente fácil y rápido de medir los efectos del tamaño de las partículas en las propiedades de las muestras.