Серебро один из наиболее распространённых материалов в разных отраслях, например медицине. Важными критериями использование данного материала являются его свойства. Целью данной статьи стояло провести сравнительные характеристики серебра в макро и нано состоянии для учёта особенностей поведения материала и грамотного его использования.

Кристаллическая решётка - гранецентрированная кубическая, рисунок 1. Температура плавления - 962 °C, плотность - 10,5 г/см³. [1]

Рис. 1. Гранецентрированная кубическая решетка

В ряде случаев удобно описывать свойства материала в обратном пространстве, представляющем собой трёхмерную решётку, где расстояния имеют обратные величины.

Параметр обратной решётки для серебра

где - параметр обратной решетки, - параметр прямой решетки.

Обратная решётка для серебра будет представлять собой объёмно-центрированную решетку, рисунок 2.

Рис. 2. Объёмно-центрированная решетка

Поверхность Ферми так же играет важную роль в физике. Знание поверхности ферми может объяснить поведение материала при разных условиях, например, транспортные свойства, такие как проводимость и магнитосопротивление. Описанные свойства зависят только от электронов вблизи поверхности Ферми [2]. На рисунке 4 проиллюстрированы поверхность Ферми и зоны Бриллюэна для серебра.

Рис. 4. Зона Бриллюэна и поверхность Ферми для серебра

На предоставленном рисунке отображено наличие полых, малых отверстий, поверхность Ферми открытая. Можно сделать вывод о том, что электроны передвигаются через патрубки, которые на рисунке срезаны границами зоны Бриллюэна, что и объясняет хорошую электропроводность металла.

Теоретическая температура плавления была смоделирована и представлена на рисунке 5. Данная модель отлично согласуется с экспериментальными данными в работе [3]. В дополнении к этому, в работе [8] была продемонстрирована зависимость температуры кипения от числа частиц углерода. Данная зависимость продемонстрирована на рисунке 6.

Рис. 5. Прямая зависимости температуры плавления от размера зёрен [6]

Рис. 6. Зависимость температуры кипения диспергаторов от количества частиц углерода при спекании нанопорошка Ag [8]

Важно понимать, при проектировании изделий или нанесения покрытий об изменение свойств серебра в зависимости от его состояния. В связи с этим была представлена сравнительная таблица, таблица 1, характеристик серебра в макро и наноструктурах.

Таблица 1. сравнение характеристик Ag в микро и наноструктурах

Из рисунка 5, видно, что увеличение размера частиц серебра, приводит к существенному изменению температуры плавления. С другой стороны, существуют и другие факторы, приводящие к изменениям температуры кипения. Например, как было показано, одним из факторов может случить количество частиц углерода. Также можно отметить изменение механических свойств материала, проиллюстрированных в таблице 1.

Ключевую роль в изменении поведения наносеребра при переходе от макроструктуры к нано играют классические размерные эффекты. Данное предположение было основано на сравнении размеров наноструктуры серебра с длиной волны де-Бройля. Для металлов длина волны де Бройля находится в интервале 0.1 нм − 1 нм. Основываясь на данном факте може прийти к выводу о несущественном влиянии квантовых размерных эффектов. Однако, поскольку консистенция серебра - порошок, то внутри могут быть структуры с квантовую точку или порядка 1-10 нм, что говорит о том, что частично могут наблюдаться квантовые размерные эффекты.

Так как размер нано-порошка Ag сравним с длиной свободного пробега в кристалле и составляет 50-100 нм, то к классическим размерным эффектам можно отнести понижение температуры плавления, повышение теплоёмкости, увеличение коэффициента термического расширения и уменьшение теплопроводности, а также возрастание удельного сопротивления, увеличение механических характеристик, например, твёрдость, что согласуется с вышеприведенной таблицей 1.

С начала развития использования материалов с наноструктурой, наносеребро обрело одно из наиболее широких применений в различных сферах деятельности человека.

Методы получения наносеребра различны и могут осуществляться как на основе физических воздействий, так и при помощи химических реакций. В основу физического получения используются установки по механическому измельчению серебра вплоть до нано- размеров частиц. К химическим методам наиболее широкий способ получения наносеребра основан на химическом восстановлении. В частности можно выделить методы фоторедукции, как метода физического восстановления либо фотовосстановление, придерживающееся восстановления ионов серебра до размера частиц серебра в нано диапазоне с использованием катализаторов и образованием радикалов, под воздействием ультрафиолетового излучения.

Материалы на основе серебра имеют широкое применение в промышленности и медицине. Например, специально приготовленные наночастицы серебра используются в качестве сенсоров для определения болезнетворных бактерий. Серебро наноситься тонкой плёнкой на хирургические инструменты для обеспечения антибактериального эффекта. С другой стороны, можно выделить следующее применение материалов на основе серебра:

• Для контактов электротехнических изделий, например, контакты реле, ламели, а также многослойных керамических конденсаторов.
• Изготовление батареек.
• Ювелирная сфера применения.
• Из-за высочайшей электропроводности и стойкости к окислению применяется:
• в электротехнике и электронике как покрытие ответственных контактов
• в СВЧ технике как покрытие внутренней поверхности волноводов
• В качестве отражающей поверхности.
• Используется в качестве катализаторов в химических реакциях.

Можно также выделить тенденцию развития использования наносеребра. Важно отметить широту использования данного материала в медицине, где он нашел применение в качестве покрытия инструментов, так и подложка в из наносеребра может служить хорошей основой для имплантации неорганических приборов в человеческий организм.