افزایش نسبت سطح به حجم چه تاثیری در تفاوت خواص مواد در مقیاس نانو دارد ؟

[vc_row][vc_column][vc_column_text]

گفته شد که علت جذب شدن دانشمندان و محققان به مقیاس نانو و مطالعه مواد در این مقیاس ، تفاوت زیاد ویژگی ها و خواص فیزیکی و شیمیایی مواد در این مقیاس با مقیاس های بزرگتر است . برای مثال خواص الکتریکی ، خواص مغناطیسی ، واکنش پذیری ، تغییر رنگ و شفافیت و …

به نظر شما دلیل این تفاوت ها چیست ؟

دوعامل اصلی بسیار موثر در تفاوت خواص مواد در این مقیاس ، اثرات سطحی و اثرات کوانتومی است . این دوعامل ، همه خواص شیمیایی و فیزیکی مواد را تحت تاثیر قرار می دهد . اما چگونه ؟

نسبت سطح به حجم

برای درک اثرات سطحی ، در ادامه نسبت سطح به حجم یک ذره با کوچک و بزرگ شدن اندازه آن را میبینید . با درک نسبت سطح به حجم علت بسیاری از تفاوت های دنیای نانو را متوجه میشوید .

یک مکعب را درنظر بگیرید که اندازه ضلع آن a است . با این فرض ، حجم این مکعب که از ضرب شدن عرض در طول در ارتفاع حاصل میشود برابر است با a^3 . این مکعب تشکیل شده از ۶ مربع با ضلع a است پس مساحت مکعب برابراست با 6a^2 . حالا که اندازه حجم و سطح محاسبه شد ، با تقسیم سطح بر حجم ، نسبت سطح به حجم محاسبه میشود .

حالا که نحوه محاسبه نسبت سطح به حجم گفته شد ، مکعبی را به ضلع یک متر در نظر بگیرید ، طبق گفته های بالا ، حجم این مکعب برابر با یک مترمکعب و سطح آن ۶ متر مربع است . نسبت سطح به حجم این مکعب ۶ است . حالا اگر تمام اضلاع این مکعب را نصف کنیم ، هشت مکعب به دست می آید که هر کدام دارای اضلاعی با اندازه نیم متر است . حجم هر کدام از این مکعب ها برابر با یک هشتم متر مکعب است و در نتیجه مجموع حجم این هشت مکعب برابر با یک متر مکعب است . سطح هر یک از این مکعب ها با طول ضلع نیم متر برابر با یک ونیم متر مربع است که برای به دست آوردن مجموع سطح مکعب ها ، این عدد در هشت ضرب میشود و در نتیجه سطح کلی این هشت مکعب ۱۲ متر مربع است . برای به دست اوردن نسبت سطح به حجم در این هشت مکعب سطح بر حجم تقسیم میشود و عدد ۱۲ حاصل میشود . با ادامه این کار و نصف کردن اضلاع این هشت مکعب و افزایش تعداد مکعب ها ، با محاسبه نسبت سطح به حجم میبینید که هر چه در یک حجم ثابت ، تعداد ذرات بیشتر شود و اندازه ذرات کوچکتر باشد نسبت سطح به حجم بیشتر می شود . در تصویر پایین مثال دیگری را میبینید .

باتوجه به توضیحات بالا ، نتیجه میشود که با کاهش اندازه یک ذره نسبت سطح به حجم آن ذره بیشتر می شود ، پس در مقیاس نانو نسبت سطح به حجم ذرات بیشتر از مقیاس های دیگر است . حال این نسبت سطح به حجم بیشتر ، چه تاثیری در تفاوت خواص مواد در این مقیاس دارد ؟

با افزایش نسبت سطح به حجم ذره ، تعداد اتم های سطح ذره نسبت به اتم های دیگر ذره بیشتر می شود . این اتم های سطحی نسبت به بقیه اتم های ذره سطح انرژی بالاتری دارند . این سطح انرژی بالاتر به این علت است که پیوند اتم های سطحی با دیگر اتم ها ناقص است و مانند اتم هایی که در میان ذره وجود دارند و اطراف آن ها با اتم های دیگر احاطه شده است نمیتوانند پیوند های کاملی ایجاد کنند . پس هرچه تعداد اتم های سطحی بیشتر شود ، سطح انرژی ذره بالاتر می رود و ناپایدار تر میشود .

بعضی از تفاوت خواص در مقیاس نانو ، با افزایش نسبت سطح به حجم مواد در مقیاس نانو توجیه می شود . برای مثال افزایش واکنش پذیری طلا در این مقیاس ، باتوجه به این که نانو ذرات اتم های سطحی زیادی دارند و پیوندهای ناقص زیادی وجود دارد و سطح انرژی بالاست ، توجیه می شود . یا کاهش دمای ذوب مواد در مقیاس نانو ، به این علت است که اتم های سطحی و پیوند های ناقص ماده در این مقیاس بیشتر از مقیاس های بزرگتر است و به همین دلیل گرمای کمتری برای شکستن پیوندها و ذوب شدن ماده نیاز است و در نتیجه دمای ذوب پایین می آید .

تفاوت های دیگری هم میتوان با افزایش نسبت سطح به حجم در این مقیاس توجیه کرد ، در مطالب آینده ضمن بررسی تفاوت خواص مواد ، اثر نسبت سطح به حجم هم در ایجاد آن تفاوت بررسی خواهد شد .

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column width=”1/3″][/vc_column][vc_column width=”1/3″][tlg_button title=”از ما حمایت کنید .” btn_link=”url:https%3A%2F%2Fidpay.ir%2Fshimidoon|||” btn_size=”btn-block” layout=”btn btn-filled btn-light btn-rounded” hover=”hvr-pop” icon=”ti-money” button_icon_hover=”yes” css_animation=”fadeIn” customize_button=”yes” btn_custom_layout=”btn btn-rounded” btn_color=”#ffffff” btn_bg_gradient=”#870501″ btn_bg_gradient_hover=”#eded00″ btn_bg_hover=”#d80700″ btn_border_hover=”#43c100″ btn_bg=”#1e0000″][/vc_column][vc_column width=”1/3″][/vc_column][/vc_row]