Sobre a influência do tamanho da partícula no comportamento térmico de pós inorgânicos

Derretimento

A variação do tamanho da partícula na faixa de mili e micrômetros, de acordo com Schmid [4], não influencia significativamente o comportamento deTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão das partículas. Para partículas esféricas com diâmetros superiores a 50 nm, as partículas na superfície representam menos de 6% do volume e, portanto, têm efeito insignificante. smallPara tamanhos de partículas menores (r < 25 nm), a porcentagem de partículas coordenadamente insaturadas perto da superfície aumenta, causando uma redução significativa naTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão [6], de acordo com o modelo de Reifenberger [5].

Reações na superfície da partícula

A combustão de partículas de carbono pode ser usada como modelo para uma reação de superfície. O oxigênio gasoso pode ser fornecido uniformemente à superfície da partícula e reage para formar_CO2, um produto gasoso e, portanto, facilmente removível. Uma superfície nova e reativa é gerada pela própria reação. A partícula de carbono diminui de tamanho até ser completamente convertida em_CO2. Por outro lado, a camada de superfície de óxido de metal produzida durante a OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação de partículas de metal apresenta uma camada de barreira passiva que impede o acesso do oxigênio ao núcleo metálico além de uma determinada espessura, impedindo assim a conversão quantitativa (figura 1).

Resultados da medição

Apesar de seus tamanhos de partícula comparáveis (~50 nm), os diferentes tipos de Preto carbonoA temperatura e a atmosfera (gás de purga) afetam os resultados da mudança de massa. Ao alterar a atmosfera, por exemplo, de nitrogênio para ar durante a medição de TGA, é possível separar e quantificar os aditivos, por exemplo, o negro de fumo, e o polímero em massa.negro de fumo apresentaram um comportamento de combustão muito diferente, conforme mostrado na Figura 2. As diferenças provavelmente se devem às diferenças nas porosidades dos materiais, que afetam suas áreas de superfície. Portanto, o tamanho da partícula sozinho é apenas uma determinação aproximada do comportamento de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação.

Liberação de produtos de reação gasosa

Embora as Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. reações de decomposição não exijam reagentes gasosos adicionais, elas são, no entanto, significativamente influenciadas pelos processos de transporte. Embora a área da superfície não seja crucial nesse caso, a distância pela qual os gases liberados devem ser transportados do interior para a superfície da partícula por meio de poros ou canais depende do tamanho da partícula. Portanto, esse processo é consideravelmente mais eficiente para partículas muito small.

Os exemplos de _CaCO3 (figura 3) e goethita (figura 4) ilustram o efeito do smalltamanho da partícula na redução das temperaturas nas quais os materiais se decompõem com a liberação de_CO2 ou _H2O[6]. Os resultados termogravimétricos confirmam que as estequiometrias dos gases liberados não são afetadas pela variação do tamanho da partícula.

A análise termocinética da desidratação de α-FeOOH (goethita) para _α-Fe2O3 (hematita) mostrou que o modelo cinético formal para a reação era mais simples para as partículas small do que para as partículas large. As medições em diferentes taxas de aquecimento foram modeladas por um processo de reação que consiste em duas etapas consecutivas de ^enésima ordem e uma energia de ativação de 150 kJ/mol [7]. A quantificação das etapas de perda de massa entre 120°C e 350°C confirma os valores esperados para a conversão estequiométrica de goethita em hematita. smallA taxa de perda de massa (DTG) - indicada com linhas tracejadas - mostra que o pico da reação é deslocado para temperaturas mais baixas com tamanhos de partículas maiores. A foto na figura 4 mostra a mudança na aparência das amostras de goetita com tamanho de partícula variável.

Sinterização

Os efeitos dependentes do tamanho da partícula observados durante a SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização de pellets de pó prensado não podem ser explicados apenas pelo aumento da área de superfície (figura 5). Em contraste com o comportamento deTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, os efeitos do tamanho da partícula na SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização ocorrem em dimensões tão large quanto na faixa de micrômetros. Reduções significativas na temperatura de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização ocorrem com uma variação relativamente small do tamanho da partícula.

A quantidade de pontos de contato entre as partículas esféricas aumenta muito mais rapidamente do que a relação superfície-volume (Figuras 6 e 7). Para o aumento da atividade de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização, os pontos de contato entre as partículas são importantes. Partículas que variam de 10 μm a 130 nm de diâmetro foram geradas por meio da moagem dos materiais com o sistema de moinho de batida NETZSCH ZETA® RS4.

A Figura 8 mostra a dependência da atividade de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização em relação ao tamanho da partícula de _BaTiO3. A temperatura de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização de 1108°C para as partículas smallest (temperatura de início extrapolada) é quase 100 K mais baixa do que a temperatura de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização das partículas larger (1205°C).

Resumo

Com a ajuda de medições termoanalíticas, foi possível demonstrar que o tamanho da partícula tem um efeito significativo na cinética e, portanto, na dependência da temperatura de processos como desidratação, Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, combustão e SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização. A preparação da amostra, especialmente o tamanho da partícula, é, portanto, um parâmetro importante a ser considerado ao interpretar os resultados da medição.

Os métodos de análise térmica oferecem um meio relativamente fácil e rápido de medir os efeitos do tamanho da partícula nas propriedades da amostra.