Diszperziók előállítása 1. Dezintegrálás (diszpergálás, dezaggregálás) Munkavégzés szükséges (több új felület) 2. Kondenzálás (nukleáció) Aktiválási energia kell (új felület)

Diszpergálás Szilárd anyagok diszpergálása: őrlés, aprítás (általában 1-10 m; ásványelőkészítés, szilikátipar) Eszközök: golyósmalom, hengerszék, kolloidmalom, fúvókás malom (legfinomabb szemcseméret) Az őrlési körülmények optimalizálása Szilárd anyagok diszpergálását elősegítő tényezők: -idegen anyag -nedves őrlés -tenzid adalékolása (Rehbinder-hatás) Újra összetapadnak

Diszperziók előállítása kondenzálással Csoportosítás: halmazállapot szerint (pl. gőzfázisú) komponensek száma (oldat) idegen anyag jelenléte (homogén – heterogén), pl.kondenzcsík (Wilson-féle ködkamra: nukleáció ionokon)

Homogén nukleáció gőzfázisban Tapasztalat szerint: P > P P/P = S (túltelítés) P: gőznyomás, P: egyensúlyi gőznyomás (adott T-n) T: hőmérséklet

Folyadékcsepp modell: egyetlen gömb alakú csepp keletkezésére G = 4 r2  - (4 r3 /3) (RT/Vm) ln (P/P) felületi tag (+) térfogati tag (-) A kondenzált állapot energetikailag kedvezőbb! d(ΔG)/dr = 0 kritikus gócméret (rkrit) T = áll. 1 2 1. Góc keletkezése 2. Góc növekedése r: gócsugár γ: felületi feszültség Vm: folyadék moltérfogata

Otthoni tanulmányozásra A túltelítés hatása a kritikus gócméretre S növekedésével egyre kisebb aktiválási energia, egyre kisebb kritikus gócméret. Skrit : 1 db góc/(cm3 s) pl. vízre: 275,2 K-on Skrit = 4,2 (0,89 nm, 80 molekula)

Diszperziók előállítása kondenzálással Wilson-féle ködkamra: nukleáció ionokon (Dr. Raics Péter, fénykép) (Dr. Kemenes László, az AtomErőmű című újságban megjelent írásának felhasználásával. http://www.npp.hu/erdekesseg/kodkamra/kodkamra.htm.)

A csapadék nagyon rossz oldhatósága nem kedvez a szűrhetőségnek! Nukleáció oldatokban: (lioszolok előállítása) Befolyásoló tényezők: hőmérséklet, koncentráció, oldhatóság (T és oldószer) Góckeletkezés sebessége: vgk = K [(c-co)/co ] relatív túltelítettség Gócnövekedés sebessége: vgn = k (c-co) abszolút túltelítettség Ha vgk sokkal nagyobb, mint vgn: kicsi mikrofázisok keletkeznek Diszperzitásfok (1/részecskeméret) : D  vgk/vgn  1/co A csapadék nagyon rossz oldhatósága nem kedvez a szűrhetőségnek!

A méret befolyásolása a relatív túltelítettségen keresztül: ZnO részecskék TEM-felvétele (aggregációs növekedési mechanizmus) (Naszályi-Ayral-Hórvölgyi, 2008) Jelentős mennyiségű kisméretű részecskék előállítása céljából eredményre vezet: nagy c (koagulálás) vagy kicsiny co (oldószercsere). Demonstráció: kén-szol előállítása oldószercserével

SZOLOK (szuszpenziók) ELŐÁLLÍTÁSA: HIDROLÍZISES ELJÁRÁSOK Hidrolizáló sók pl. Fe(OH)3 -szol (Graham-módszer) 1. FeCl3 - oldat szakaszos hidrolízise NH4HCO3 -tal 2. Dialízis desztillált vízzel szemben (pH = 4 teljes hidrolízis) 50 g/l, 5 nm-es részecskék

Kontrollált hidrolízis: pl. SiO2 -szol (Stöber-módszer) Gömb alakú, monodiszperz (szűk méreteloszlású) Előállítás: Si(EtO)4 + vizes ammónia-oldat (alkoholban) Hidrolízis, majd kondenzáció (a bázikus ammónia elősegíti a polikondenzációt is. Ezért keletkeznek mikrofázisok!) TEM-felvételek 37 nm 60 nm 95 nm 350 nm SEM-felvétel

LB-filmjei eltérő megfigyelési irányokból fényképezve. Optikai demonstráció 1 I. Többrétegű LB-filmek mikroszkóp fedőlemezen 1 2 3 4 5 Az S107 (107nm, hidrofil) minta részlegesen átfedő (1-5 rétegű) LB-filmjei eltérő megfigyelési irányokból fényképezve.

Félvezetők méretkvantált tulajdonságainak demonstrálása A tiltott sáv szélességének méretfüggése különböző félvezetőkre ZnO-szolok öregedése (3-7 nm) (az abszorbancia méretfüggő ) „Blue-shift” (kék eltolódás) (Naszályi-Hórvölgyi, 2006)

Félvezetők méretkvantált tulajdonságainak demonstrálása CdTe: 2-5 nm-es részecskék szolja a fluoreszcencia méretfüggése Ez is blue-shift? Hát hogyne! H. Weller et al.

Előállítás redukcióval Arany kolloid előállítása vízben 1951: Turkevich et al. (citrátos redukció) A STUDY OF THE NUCLEATION AND GROWTH PROCESSES IN THE SYNTHESIS OF COLLOIDAL GOLD by J. Turkevich, P. C. Stevenson, J. Hillier DISCUSSIONS OF THE FARADAY SOCIETY (11): 55 (1951)       Times Cited: 1204  A citrát redukáló és egyben stabilizáló ágens. Markus Niederberger, 2006 Markus.Niederberger@mpikg.mpg.de

Az arany méretkvantált tulajdonsága (plazmonika) Tömbi arany Színe: arany O.p.: 1064 oC Arany szol Színe: méretfüggő Markus Niederberger, 2006 Markus.Niederberger@mpikg.mpg.de

A kis méretek hatása a mágneses tulajdonságokra A, Nagy fajlagos felület: a mágneses részecskék hidroszoljában számottevő a hidroszférában levő víz mennyisége (mágneses folyadék) B, “Single domain” hatás (kb. 10-15 nm-es vas vagy magnetit részecskékben): a mágnességet okozó spinek egy irányban állnak egyetlen részecskében (jelentős mágneses hatás): szuperparamágnesesség

Kolloid részecskék alakjának és nagyságának jellemzése Részecskék alakja Izometrikus (minden irányban – x,y,z– azonos méretű): Gömb Henger Oktaéder

Mesterséges előállítás: elektromos szálképzés Anizometrikus: Forgási ellipszoid: oblát („diszkosz”) prolát („szivar”) Mesterséges előállítás: elektromos szálképzés Ezek torzult formái: lamella fibrilla Fehér azbeszt Kaolinit

Részecskeméret jellemzése: Monodiszperz: azonos méretű részecsék halmaza (szűk méreteloszlás) Polidiszperz: különböző méretű részecskék halmaza (széles méreteloszlás: átlagok és méreteloszlás függvények) Milyen átlaggal jellemezzük a méretet?

Ozmózisnyomás: a részecskék számától függ (kolligatív tulajdonság)! A szórt fény intenzitása a részecskék méretétől függ! Szám szerinti átlag: Mn = (∑ ni Mi)/(∑ni) Tömeg szerinti átlag: Mm = (∑ni Mi2)/∑(ni Mi) A polidiszperzitás jellemzése: Mm/Mn (egyenetlenségi tényező) Monodiszperz esetben értéke 1!

Polidiszperz rendszerek méreteloszlása a méret eloszlási függvényekkel jellemezhető Differenciális méreteloszlás Integrális méreteloszlás Gyakorlás: Rajzolja fel egy szűk- és egy széles méreteloszlású részecskehalmaz függvényeit, valamint egy tridiszperz rendszer összeggörbéjét!

Az részecske méret (alak) vizsgálati módszerei: SEM (pásztázó elektronmikroszkópia) TEM (transzmissziós elektronmikroszkópia) HRTEM (nagy felbontású TEM) AFM és STM (atomi-erők- és pásztázó- alagút-mikroszkópia) Ülepítési módszerek (ultracentrifuga) Ozmózis nyomás Fényszórás (dinamikus és sztatikus) Az alak szerepe: aggregáció sebessége, és gélesedés (gélpont), nanoszerkezetű anyagok, bevonatok előállítása. 80 nm-es szilika részecskékre szorbeált 5 nm-es ZnO részecskék, SEM