Probabilidad de Colisión entre Dos Partículas
Este concepto permite comprender cómo el tamaño de las partículas influye en la coagulación y condensación. Una partícula en movimiento dentro de un gas describe un cilindro con su velocidad media en un intervalo de tiempo. Si dos de estos cilindros coinciden en tiempo y espacio, las partículas colisionan.
La distribución de Maxwell-Boltzmann, que describe la velocidad de las partículas en un gas a una temperatura dada, indica que la probabilidad de colisión entre dos partículas es proporcional a la raíz cuadrada del producto de sus diámetros. Esto significa que las partículas más grandes tienen una mayor probabilidad de colisión.
Además, la probabilidad de colisión aumenta linealmente con la temperatura. Por lo tanto, para reducir la colisión y la coagulación, se puede disminuir la temperatura, lo que limita el crecimiento de las partículas durante la síntesis.
Cuando dos partículas se aproximan, se generan fuerzas electrostáticas que provocan su desaceleración, lo que afecta la probabilidad de colisión. El parámetro de colisión se puede expresar como: P1-2 = cte · Tª · (d1d2)^-0,5.
Partículas Monodominio
Estas partículas, debido a su pequeño tamaño, carecen de paredes de Bloch, lo que resulta en un aumento significativo del campo coercitivo y la remanencia. Estas características las hacen ideales para aplicaciones en sistemas de almacenamiento de datos magnéticos.
Es importante destacar que la reducción del tamaño de grano depende de la constante de tiempo de la medición.
Propiedades Mecánicas
- Un menor tamaño de grano generalmente implica un mayor límite elástico. Sin embargo, para tamaños muy pequeños, esta relación no se cumple según la relación Hall-Petch.
- Una mayor temperatura durante el procesamiento suele resultar en una menor porosidad y, por lo tanto, en granos más grandes.
- Una mayor porosidad en el material se traduce en un menor módulo de Young.
- Un menor tamaño de grano generalmente implica una menor dureza.
- Temperaturas más altas durante el procesamiento suelen resultar en una menor dureza.
A escala nanométrica, el mecanismo de deformación principal ocurre a través de las fronteras de grano. Algunos mecanismos importantes son:
- Nabarro-Herring: Difusión a lo largo de las fronteras de grano.
- Ashby-Verall: Conexión entre granos.
La superplasticidad, un fenómeno en el que no se observa un cuello de deformación, también se ve afectada por la temperatura, el tamaño de grano y la tasa de deformación (ε).
Nanocomposites
En los nanocomposites, la probabilidad de propagación de grietas depende del tamaño de las nanopartículas. Un mayor tamaño de nanopartícula aumenta la probabilidad de formación de grietas.
La adición de nanopartículas a una matriz puede mejorar la resistencia, el módulo de Young y reducir la ductilidad.
Síntesis por Ablación Láser
Esta técnica utiliza un haz láser de alta potencia focalizado a través de un sistema óptico para evaporar una zona específica del material. Generalmente, se emplean láseres pulsados, y la duración del pulso influye en la cantidad de material fundido, lo que puede afectar la estequiometría. Por esta razón, se prefieren pulsos de nanosegundos.
Al impactar la luz focalizada en el material, se produce una evaporación que genera un chorro supersónico (pluma) que se expande adiabáticamente. Durante esta expansión, la temperatura disminuye, lo que provoca la condensación y nucleación de las partículas.
La presión de la cámara juega un papel crucial en este proceso:
- A baja presión, la pluma se expande, la temperatura disminuye y se favorece la condensación y nucleación, lo que resulta en partículas pequeñas.
- A alta presión, la expansión de la pluma es limitada, pero aumentan las colisiones, lo que también favorece la nucleación.
- A presiones intermedias, el tamaño de las partículas tiende a aumentar.
Es fundamental que el gas de transporte retire rápidamente el material evaporado de la zona de la pluma para evitar la aglomeración de los núcleos. Este método de síntesis se considera de crecimiento aleatorio.
Nanocomposites Luminiscentes
. El núcleo usado es una cerámica (óxido), y está rodeada por moléculas luminiscentes orgánicas, y además, todo suele ser rodeado por un polímero. Un inconveniente de los óxidos es que muchos son tóxicos. Una ventaja de esto es que pueden tenerse dos propiedades físicas y producir nanomateriales bifuncionales. Por otro lado, el núcleo puede ser magnético, y ser controlado por campos magnéticos (para aplicaciones en medicina, además de luminiscencia). Se tiene un óxido de Fe rodeado por antraceno o pireno. Se puede observar que siendo el mismo compuesto, en distinto medio posee distinta emisión, al igual que sucederá al aplicar un campo. También se puede observar cuál es la luminiscencia respecto a la absorbancia; es mayor para metales pesados. El mecanismo de emisión es debido a la excitación de los fotones del UV, que son absorbidos por el óxido. La excitación se transfiere al compuesto orgánico y la luz UV se absorbe en el óxido, dando lugar a un polímero luminiscente. Si se cambia el polímero y se mantiene el óxido, se puede ver diferente intensidad de luminiscencia. También se pueden usar SC como partículas luminiscentes variando su tamaño. Cuando se usan partículas SC es necesario saber qué núcleo y polímero van a unirse, porque el SC puede emitir luz y el compuesto orgánico absorberla o no. Otra posibilidad es combinar las nanopartículas SC con otro elemento como el Cd(ZnS) con Au, observando que recubriendo las nanopartículas, la emisión↑. La intensidad de luminiscencia es función del tamaño de las nanopartículas, a medida que aumenta el diámetro aumenta la intensidad. La selección de lumóforos o absorbentes es en función de la aplicación. Los parámetros que se tienen en cuenta son emisión y absorción.