Absinken des Schmelzpunkts von Nanopartikeln unter den des kompakten Materials durch den Beitrag der Oberflächenenergie. Die Erniedrigung ist etwa umgekehrt proportional zur Teilchengröße und wird bei Teilchen von wenigen Nanometern deutlich.
Japanische Bezeichnung: ナノ粒子の融点降下
„Schmelzpunkterniedrigung von Nanopartikeln“ kommt in 1 Übungsfrage aus 1 Thema vor, darunter Nanomaterialien.
Fachgebiet: Nanomaterialien
Lösung: A. Der Anteil der Oberflächenatome steigt, die Oberflächenenergie hebt die freie Energie des Festkörpers an, und die Flüssigkeit wird schon bei tieferer Temperatur stabil
Die Atome an der Oberfläche haben einen Teil ihrer Bindungen verloren, sodass zur freien Energie des Partikels ein Term der Oberflächenenergie hinzukommt. Je kleiner das Partikel, desto größer ist der Anteil der Oberflächenatome und desto stärker wird die freie Energie des Festkörpers angehoben; dadurch sinkt die Temperatur, bei der die freien Energien von Festkörper und Flüssigkeit gleich sind, also der Schmelzpunkt (Gibbs-Thomson-Effekt). Berücksichtigt man die Grenzflächenenergie zwischen Festkörper und Flüssigkeit, ist die Schmelzpunkterniedrigung näherungsweise umgekehrt proportional zur Partikelgröße. Der Quantengrößeneffekt betrifft die Energieniveaus der Elektronen und ist nicht die Hauptursache der Schmelzpunkterniedrigung bei Metallen. Außerdem wird die Schmelzwärme bei Nanopartikeln eher kleiner; die Begründung, eine größere Schmelzwärme erleichtere das Schmelzen, ist also verkehrt herum.
Berücksichtigt man die Grenzflächenenergie zwischen Festkörper und Flüssigkeit, ist die Schmelzpunkterniedrigung näherungsweise umgekehrt proportional zur Partikelgröße.
Nanopartikel aus Metallen wie Gold oder Zinn schmelzen bei …Quantengrößeneffekt BET-Methode Bottom-up-Verfahren Graphen Kohlenstoffnanoröhre Quantenpunkt Spezifische Oberfläche Zeta-Potential