Nickel-Nanopulver: Eigenschaften, Herstellung und Anwendungen

Nickel-Nanopulver ist ein feines Pulver aus Nickelpartikeln mit mindestens einer Dimension im Bereich von 1-100 Nanometern. Nanopulver weisen im Vergleich zu gewöhnlichem Nickelpulver aufgrund ihrer geringen Größe und großen Oberfläche einzigartige Eigenschaften auf. Dieser Artikel gibt einen Überblick über Nickel-Nanopulver, seine wichtigsten Eigenschaften, Produktionsmethoden, Anwendungen, Lieferanten und Normen.

Überblick über Nickel-Nanopulver

Nickel-Nanopulver besteht aus Nickelpartikeln mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 100nm. Aufgrund der Größe im Nanobereich haben Nickel-Nanopartikel ein extrem hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was zu einer höheren chemischen Reaktivität im Vergleich zu größeren Nickelpartikeln führt.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Nickel-Nanopulver gehören:

• Hohe Reinheit
• Gleichmäßige Partikelgrößenverteilung
• Hohe spezifische Oberfläche
• Verbesserte magnetische und katalytische Eigenschaften
• Kann für Verbundwerkstoffe funktionalisiert werden
• Oxidfreie Oberflächen

Durch die Kontrolle von Größe, Morphologie, Zusammensetzung und Oberflächenchemie während der Produktion können die Eigenschaften von Nickel-Nanopulver für verschiedene Anwendungen angepasst werden.

Nickel-Nanopulver Typen

Zusammensetzung von Nickel-Nanopulvern

Physikalische Eigenschaften

Magnetische Eigenschaften

Katalytische Eigenschaften

• Aktiver Katalysator für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER)
• Katalysiert Reaktionen wie Hydrierung, Reformierung, Cracken usw.
• Verwendung als Co-Katalysator mit Metallen wie Platin

Produktionsmethoden

Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Nickel-Nanopulver mit kontrollierter Größe und Morphologie:

Physikalische Methoden

• Kugelmahlen - Mechanische Zerkleinerung von Nickel-Mikropartikeln zu Nanopartikeln
• Inertgas-Kondensation - Verdampfung und Kondensation von Nickel in inerter Atmosphäre

Nasschemische Methoden

• Chemische Reduktion - Reduktion von Nickelsalzen mit Reduktionsmitteln
• Elektrochemische Abscheidung - Elektrolytische Reduktion und Abscheidung von Nickel-Ionen
• Sol-Gel-Verfahren - Bildung von Nanopartikeln mit molekularen Vorläufern

Andere Methoden

• Thermische Zersetzung - Aufschlüsselung der metallorganischen Vorläuferverbindungen
• Mikrowellen-Plasma-Synthese - Verdampfung und schnelle Kondensation von Nickelplasma

Vergleich der Methoden zur Herstellung von Nickel-Nanopulver

Anwendungen

Nickel-Nanopulver finden aufgrund ihrer einzigartigen magnetischen, katalytischen und mechanischen Eigenschaften Verwendung in den folgenden Schlüsselanwendungen:

Industrielle Anwendungen

• Herstellung von Superlegierungen auf Nickelbasis
• Herstellung von leitfähigen Beschichtungen und Pasten
• Herstellung von Nickelelektroden für Batterien
• Katalysatoren für die Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellenreaktionen
• Katalysatorträger für das Wachstum von Kohlenstoff-Nanoröhren
• Herstellung von nickelverstärkten Polymer-Nanokompositen
• Metall-Spritzguss von komplexen Teilen
• Verbinden von Werkstoffen mit Hilfe von Nickel-Nanofluiden beim Schweißen
• Magnetische Datenspeichergeräte

Energie-Anwendungen

• Elektrokatalysator für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) bei der Wasserspaltung
• Elektrokatalysatorunterstützung für die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) in Brennstoffzellen
• Li-Ionen-Batterien - nickelreiche NMC-Kathoden, Anoden
• Druckbare Tinten für flexible Elektronik und PVs
• Konzentrierte Solarenergiesysteme mit Nanofluiden

Biomedizinische Anwendungen

• Vehikel zur Verabreichung von Medikamenten und theranostische Wirkstoffe
• Kontrastmittel für die MRT-Bildgebung
• Hyperthermiemittel für die Tumorbehandlung
• Antimikrobielle Nanofilme für medizinische Geräte
• Biosensoren auf der Basis von Nickel-Nanopartikeln

Lieferanten und Preisgestaltung

Nickel-Nanopulver wird von vielen Spezialchemieunternehmen und Herstellern von Nanomaterialien verkauft. Die Preisgestaltung hängt von den Reinheitsgraden, dem Produktionsvolumen, den Partikeleigenschaften und zusätzlichen Anpassungen ab.

Die Preise reichen von $50 pro Gramm bis $500 pro Kilogramm, je nach Menge und gewünschter Reinheit. Nanopulver in Forschungsqualität mit einem Reinheitsgrad von 99,9% ist in der Regel teurer, während bei Großbestellungen für industrielle Zwecke Rabatte gewährt werden.

Normen und Sicherheit

Die Handhabung von Nickel-Nanopulver erfordert Standard-Sicherheitsprotokolle, ähnlich wie bei anderen trockenen Nanomaterialien. Zu den wichtigsten Normen gehören:

• ISO 21363:2007 - Verfahren zur Charakterisierung von Nanopulverproben
• ASTM B822 - Standardprüfverfahren für die Partikelgröße mittels Röntgenkleinwinkelstreuung
• ANSI Z399.1 - Verfahren zur sicheren Handhabung von Nanomaterialien

Nickel-Nanopartikel weisen eine leichte bis mittlere Toxizität auf und erfordern bei der Verarbeitung Staubmasken, Handschuhe, geschlossene Arbeitsbereiche und Belüftung. Der primäre Expositionsweg ist die Inhalation.

FAQs

Was ist Nickel-Nanopulver aus?

Nickel-Nanopulver besteht aus Nickel (Ni)-Partikeln mit Durchmessern zwischen 1-100 nm. Sie haben einen hohen Reinheitsgrad von bis zu 99,9% und enthalten geringe Mengen an Kohlenstoff und Sauerstoff.

Wofür wird Nickel-Nanopulver verwendet?

Nickel-Nanopulver wird als Katalysator, als Batteriematerial, als leitfähiger Zusatzstoff, für magnetische Geräte, zur Verstärkung von Legierungen, als biomedizinischer Wirkstoff und zum Fügen verwendet.

Was ist das Besondere an Nickel-Nanopulver?

Die Größe im Nanobereich verleiht eine größere Oberfläche, Oberflächenreaktivität, mechanische Festigkeit, optische Absorption und elektrische/thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu Partikeln im Mikrometerbereich.

Was ist der Unterschied zwischen Nickel-Nanopulver und Nickel-Mikropulver?

Nickel-Nanopulverteilchen sind kleiner als 100 nm, während Nickel-Mikropulverteilchen zwischen 100 nm und 1 Mikrometer groß sind. Nanopulver weisen aufgrund von Quanteneffekten hervorragende katalytische, magnetische und optische Eigenschaften auf.

Ist Nickel-Nanopulver giftig?

Nickel-Nanopartikel weisen eine mäßige Toxizität beim Einatmen oder bei Hautkontakt auf. Geeignete PSA und Handhabungsprotokolle müssen verwendet werden. Die orale Toxizität ist geringer, aber eine Einnahme sollte vermieden werden.

Wie viel kostet Nickel-Nanopulver?

Nickel-Nanopulver kostet je nach Reinheit, Partikelgröße, Oberflächenbeschichtung und Abnahmemenge etwa $50 bis $500 pro Gramm. 50-nm-Pulver in Industriequalität ist für $30 pro Gramm erhältlich.

Welches ist die beste Methode zur Herstellung von Nickel-Nanopartikeln?

Die chemische Reduktion ist die gebräuchlichste Methode, die die Kontrolle über Größe, Form und Kristallphase der Nanopartikel ermöglicht. Andere skalierbare Verfahren sind Kugelmahlen, thermische Zersetzung und Plasmasynthese.

Was ist der Unterschied zwischen Nickel-Nanopulver und Nickeloxid-Nanopulver?

Nickel-Nanopulver enthält reines metallisches Nickel, während Nickeloxidpulver aus Nickeloxid-Nanopartikeln (NiO) besteht, die unterschiedliche optische, elektrische und magnetische Eigenschaften aufweisen.

Welche Gefahren birgt das Nickel-Nanopulver?

Da es sich um ein brennbares Pulver handelt, besteht die Hauptgefahr in der Exposition von Haut, Augen und Atmungsorganen. Es kann je nach Exposition Reizungen, Entzündungen und Fibrose verursachen. Geeignete PSA, Belüftung und SOPs sind obligatorisch.

Ist Nickel-Nanopulver hydrophil oder hydrophob?

Reines Nickel-Nanopulver ist von Natur aus hydrophob. Durch Oxidation der Oberfläche oder Funktionalisierung mit anderen Verbindungen kann jedoch ein hydrophiler Charakter verliehen werden, der für Nanokomposite und biomedizinische Anwendungen unerlässlich ist.

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