Síntesis de Nanopartículas
Síntesis por Condensación con Gas Inerte
El proceso de evaporación-condensación para nucleación homogénea es fundamental en la síntesis de nanopartículas. Un sólido metálico se evapora en una cámara de vacío con un gas noble (como Argón), que facilita la condensación. Un «dedo frío» en la cámara, enfriado con nitrógeno líquido, atrae las partículas metálicas por termodifusión, donde se condensan en forma de polvo.
Este método permite la producción a partir de precursores metálicos, utilizando calentamiento por efecto Joule o láser para liberar átomos. Un gas de transporte en la cámara crea un flujo que arrastra las moléculas, facilitando las colisiones y reduciendo la temperatura para la sobresaturación y condensación. También es posible utilizar una mezcla de precursores sólidos y gaseosos para reacciones in situ.
Probabilidad de Colisión entre Partículas
El tamaño de partícula influye en la probabilidad de coagulación y condensación. La probabilidad de colisión entre dos partículas en un gas depende de sus diámetros y la temperatura, siguiendo la distribución de Maxwell-Boltzmann. Partículas más grandes tienen mayor probabilidad de colisión. La temperatura también afecta la probabilidad de colisión; temperaturas más bajas reducen la probabilidad de colisión y coagulación, limitando el crecimiento de las partículas.
Las fuerzas electrostáticas entre partículas cargadas pueden afectar la probabilidad de colisión al desacelerar las partículas que se acercan.
Partículas Monodominio
Las partículas monodominio son tan pequeñas que no poseen paredes de Bloch, lo que les confiere propiedades mecánicas únicas.
Propiedades Mecánicas
Las partículas más pequeñas exhiben un límite elástico más alto y no siguen la relación Hall-Petch. La temperatura también influye en las propiedades mecánicas; temperaturas más altas conducen a una menor porosidad y granos más grandes. Una mayor porosidad reduce el módulo de Young. El tamaño y la temperatura también afectan la dureza; partículas más pequeñas y temperaturas más altas resultan en una menor dureza.
Los mecanismos de deformación en la nanoescala incluyen la difusión entre las fronteras de grano (Nabarro-Herring) y la conexión entre granos (Ashby-Verall). La superplasticidad, donde no hay cuello de deformación, se ve afectada por la temperatura, el tamaño de grano y la tasa de deformación.
En los nanocompuestos, la probabilidad de propagación de grietas depende del tamaño de las nanopartículas. Las nanopartículas pueden mejorar la resistencia y el módulo de Young, pero también pueden reducir la ductilidad.
Síntesis por Ablación Láser
La ablación láser utiliza un láser de alta potencia para evaporar una zona del material, creando un chorro supersónico (pluma) que se expande adiabáticamente. La expansión reduce la temperatura, lo que lleva a la condensación y nucleación de las partículas. La presión de la cámara juega un papel crucial; presiones bajas favorecen la expansión de la pluma y la nucleación de partículas pequeñas, mientras que presiones altas promueven las colisiones y la nucleación. Las presiones intermedias resultan en partículas más grandes.
El gas de transporte debe eliminar rápidamente el gas de la zona de la pluma para evitar la aglomeración de los núcleos. La ablación láser es un método de crecimiento aleatorio.