Využití kalorimetrie při studiu nanočástic Jindřich Leitner VŠCHT Praha

1. Využití kalorimetrie při studiu nanočástic Jindřich Leitner VŠCHT Praha

2. Obsah přednášky 1. Velikost a tvar nanočástic … 2. Povrchová energie … 3. Teplota a entalpie tání … 4. Tepelná kapacita a entropie … 5. Molární entalpie …

3. „Nanománie“ NANO … Mediální bublina, nebo nový impuls vědeckého pokroku ?

4. 48% Nanotechnology 923941 Nanoparticle(s) 258039 Nanostructure(s) 140485 Nanocrystal(s) 86409 Nanomaterial(s)33773 „Nanománie“ 12.5.2011

5. Proč jsou „jiné“ ? Vliv povrchových atomů na „průměrné“ vlastnosti nanočástic

6. Velikost a tvar nanočástic Ag Volné nanočástice 100-102 nm - atomová struktura jako bulk (vliv zvýšeného tlaku) - vnější tvar odpovídá min Fsurf (Wulffova konstrukce)

7. Velikost a tvar nanočástic • Volné nanočástice 1 nm • - atomová struktura jako bulk • pseudokrystalická struktura (pětičetná osa symetrie) • struktura s nízkou mírou uspořádání Cu

8. a = 1 a = 1/2 Povrchová energie Vytvoření nového povrchu (γsurf) - Reversibilně vykonaná práce při vzniku jednotkové plochy nového povrchu bez elastické deformace (skalární veličina). Jsou přerušeny vazby mezi atomy, na novém povrchu se objeví nové atomy, jsou zachovány délky vazeb, nemění se atomová hustota povrchu. • Povrchová energie pevných látek: • se liší od povrchového napětí (surface stress) • je anizotropní (hkl) • lze vypočítat (ab-initio, semiempirické metody, empirické metody a korelace)

9. Povrchová energie Rozpouštěcí kalorimetrie Y2O3 Kubická (patm) a monoklinická (HP) modifikace Rozpouštěcí kalorimetrie - Vzorky (cub) a (mon) o různém měrném povrchu - Rozpouštědlo 3Na2O·4MoO3 - Teplota 700 °C

10. Povrchová energie Rozpouštěcí kalorimetrie TiO2 (anatas) 2,2 J/m2 1,0 J/m2 0,4 J/m2 TiO2 (rutil)

11. Teplota tání Pawlow, 1909 Guisbiers, 2009 http://en.wikipedia.org/wiki/Melting-point_depression

12. Sn Sn d = 85  10 nm d = 26 10 nm Teplota tání DSC TA 2970, 10 mg, 5 °C/min N2(gas)

13. Sn Teplota tání

14. Au Tepelná kapacita

15. Cu Cu Tepelná kapacita Tepelná kapacita – oblast nízkých teplot (T< 300 K)

16. Tepelná kapacita DSC … diferenční skenovací kalorimetrie, RT … tepelně-pulzní kalorimetrie (měření relaxačního času), AC … adiabatická kalorimetrie

17. TiO2 Al2O3 Tepelná kapacita AC …

18. Molární entalpie Hm(298,15 K) = 0 (po = 100 kPa) pro prvky v termodynamicky stabilním stavu (skupenství resp. strukturní modifikaci) Hm(298,15 K) = ΔtrH (po= 100 kPa) pro prvky v jiném stavu Hm(298,15 K) = ΔfH (po= 100 kPa) pro sloučeniny Strukturní modifikace uhlíku

19. Molární entalpie Strukturní modifikace uhlíku Fullereny Duté struktury tvořené atomy uhlíku vázanými vpěti- resp. šestiatomových cyklech - Sférické (buckyball) - konvexní polyedry se stěnami ve tvaru pravidelných pěti- resp. šestiúhelníků: Buckminsterfulleren C60 (Buckminster Fuller), komolý ikosaedr, jehož povrch je tvořen 20 šesti- a 12 pětiúhelníky, vyšší fullereny C70, …, Cxxx. - Cylindrické (buckytube), též uhlíkové nanotrubky (single-walled, multi-walled) - Fullerity (krystalová forma fullerenů) - Fulleridy (fullereny dotované atomy jiných prvků)

20. Molární entalpie Spalovací kalorimetrie Setaram C80 +

21. Molární entalpie Stabilita forem uhlíku

22. Závěr 1. Kalorimetrie je velice účinný a užitečný nástroj při studiu nanočástic. 2. Vztahy pro nanočástice platí „přiměřeně“ i pro jiné nanostrukturované materiály (vlákna, vrstvy, kompozity). 3. Další informace:http://www.vscht.cz/ipl/nanomaterialy/uvod.htm

23. Na velikosti záleží !!! Děkuji Vám za pozornost