Размер частиц имеет значение для пористых строительных блоков: ученые обнаружили, что пористые наночастицы становятся более жесткими под давлением, но не в собранном виде.

Следуя предыдущей работе над самовосстанавливающимися материалами с использованием пористых строительных блоков, специалист по рисовым материалам Рузбех Шахсавари и аспирант Сон Хун Хван создали широкий спектр пористых частиц диаметром от 150 до 550 нанометров — в тысячи раз меньше толщины листа. бумаги — с порами размером с нить ДНК.Затем они собрали частицы в листы и гранулы микронного размера, чтобы увидеть, насколько хорошо массивы выдерживают давление наноиндентора, который проверяет твердость материала.

Результаты более 900 тестов, опубликованные в этом месяце в ACS Applied Materials and Interfaces Американского химического общества, показали, что более крупные отдельные наночастицы на 120 процентов прочнее, чем более мелкие.По словам Шахсавари, это явное доказательство внутреннего эффекта размера, когда частицы размером от 300 до 500 нанометров превращаются из хрупких в пластичные или податливые, хотя все они имеют одинаковые маленькие поры размером от 2 до 4 нанометров. Но они были удивлены, обнаружив, что когда одни и те же большие частицы складывались в стопку, размерный эффект не переносился полностью на более крупные структуры.

Выявленные принципы должны быть важны для ученых и инженеров, изучающих наночастицы как строительные блоки во всех видах производства снизу вверх.«В случае пористых строительных блоков контроль связи между пористостью, размером частиц и механическими свойствами имеет важное значение для целостности системы для любого применения», — сказал Шахсавари. «В этой работе мы обнаружили переход от хрупкого к пластичному при увеличении размера частиц при сохранении постоянного размера пор.

«Это означает, что более крупные субмикронные частицы силиката кальция более жесткие и гибкие по сравнению с более мелкими, что делает их более устойчивыми к повреждениям», — сказал он.В лаборатории тестировались самосборные массивы крошечных сфер, а также массивы, уплотненные под давлением, эквивалентным 5 тоннам, внутри цилиндрического пресса.Четыре размера сфер позволяли самосборку в пленки. Когда они были подвергнуты наноиндентированию, исследователи обнаружили, что эффект внутреннего размера в значительной степени исчез, поскольку пленки демонстрировали переменную жесткость.

Там, где он был тонким, слабосвязанные частицы просто уступали место индентору, чтобы проникнуть в стеклянную подложку. Там, где она была толстой, пленка треснула.«Мы заметили, что жесткость увеличивается в зависимости от приложенных сил вдавливания, потому что по мере увеличения максимальной силы это приводит к большему уплотнению частиц под нагрузкой», — сказал Шахсавари. «К тому времени, когда достигается пиковая нагрузка, частицы достаточно плотно упаковываются и начинают вести себя как единая пленка».

Они сообщили, что гранулы, сделанные из уплотненных наносфер различного диаметра, деформировались под давлением наноиндентора, но не показали никаких доказательств того, что они стали более жесткими под давлением.«В качестве следующего шага мы заинтересованы в изготовлении самосборных надстроек с регулируемым размером частиц, которые лучше обеспечивают их предполагаемые функции, такие как загрузка и разгрузка с помощью герметиков, чувствительных к раздражителям, при этом обеспечивая наилучшую механическую целостность», — сказал Шахсавари.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.