Введение
Ниобий, ранее известный как колумбий, представляет собой химический элемент с символом Nb и атомным номером 41[1]. Это мягкий серый, кристаллический, пластичный переходный металл. Простое вещество ниобий — блестящий металл серебристо-серого цвета с кубической объёмноцентрированной кристаллической решёткой типа ОЦК, а = 0,3294[2].
Кристаллическая структура
Декартово решётка a = 0.3294 nm
Обратная решётка
(1)
Вычисление формулы постоянной решетки в обратном пространстве решетки.
Бриллюэна зона и Ферми поверхность
Рис.1 Зона Бриллюэна Nb [3]
Рис.2 Поверхность Ферми Nb [3]
Из рис.2 видно, что поверхность Ферми тигля имеет сложную структуру, и поверхность Ферми открытая.
Свойство микро- и наноструктур Nb
Сравнение свойств Nb в микро и нано структурах
|
Параметры |
микро |
Нано |
Размер, нм |
Вид наноматериала |
|
Плотность |
8,57 г/см³ [4] |
8,57 г/см³ [7] |
10 |
Нанопорошок |
|
Температура плавления |
2750 K [4] |
2750 K [7] |
10 |
|
|
Модуль Юнга |
95±15 GPa [5] |
80±30 GPa[7] |
10 |
|
|
Твердость |
4-7 GPa [5] |
1 GPa [7] |
10 |
|
|
Проводимость |
15 µΩсм [6] |
500 µΩсм [7] |
10 |
Физические причины изменения свойства в наноматериале
Из сравнения свойств циркония в микроструктуре и нано структуре, можно сказать, что некоторые свойства ниобий изменились. Ниобий наночастицы, нанодоты или нанопорошок представляют собой сферические или граненые частицы с высокой площадью поверхности. Наномасштабные частицы ниобия обычно составляют 10-20 нм (нм) с удельной площадью поверхности (SSA) в диапазоне 30-60 / г. Сравнивая свойства наноструктур и микроструктур, мы обнаружили, что твердость наноструктур уменьшилась, а электропроводность увеличилась.
Физические причины специфики заключаются в следующем:
1.Ниобий в нано материале обладает склонностью к самоорганизации кластерных структур;
2. Большая доля атомов находится на выступах и уступах поверхности. Поэтому свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных криста/ллических дефектов;
3. Поверхностные эффекты механических свойств;
4.Тонкие физические эффекты взаимодействия электронов со свободной поверхностью.
Размерные эффекты, влияющие на изменение свойств наноструктур по сравнению с микроструктурами разделяются на классические и квантовые. Если размеры наноструктуры сравнимы с длиной волны де Бройля, основное влияние имеют квантовые размерные эффекты. В данном случае, длина волны де Бройля равна:
Размер наноструктуры ниобия равен 10нм, λ и размер частицы мало чем отличаются. Поэтому квантовые размерные эффекты в рассматриваемом случае имеют значения, основное влияние на изменение свойств диоксида оказывают квантовые размерные эффекты.
Получение наноразмерного ниобия
Замена менее активных металлов более активными металлами является распространенным методом получения металлов, поэтому для получения металлического порошка ниобия с более низким содержанием кислорода с использованием процесса восстановления пара магния. Чистый ниобий получают в реакции:
Nb2O5+5CaCl2+10Na=2Nb+10NaCl+5CaO
Наночастицы ниобия с высокой степенью чистоты были получены с помощью процесса содиотермического восстановления с использованием Nb2O5 в качестве сырья, LiCl, NaCl, KCl и CaCl2 в качестве разбавителей и натрия в качестве восстанавливающего реагента[8].
Применение
Частицы нано ниобия также доступны в материалах с высокой степенью чистоты и высокой чистоты, с покрытием и диспергированными формами. Они также доступны в виде дисперсии в группе производства AE наножидкости. Нанофлюиды обычно определяются как суспендированные наночастицы в растворе либо с использованием поверхностно-активного вещества, либо с помощью технологии поверхностного заряда. Доступны также технические рекомендации по выбору нанопористых дисперсий и нанесения покрытий. Другие наноструктуры включают наностержни, нанотовары, наноноры, нанопирамиды и другие нанокомпозиты. Поверхностно-функционализованные наночастицы позволяют адсорбировать частицы на поверхности с использованием химически связанных полимеров.