Nanoproszek niklu: Właściwości, produkcja i zastosowania

Nanoproszek niklu to drobny proszek cząstek niklu o co najmniej jednym wymiarze w zakresie 1-100 nanometrów. Nanoproszki wykazują unikalne właściwości w porównaniu ze zwykłym proszkiem niklu ze względu na ich mały rozmiar i dużą powierzchnię. Ten artykuł zawiera przegląd nanoproszku niklu, jego kluczowych cech, metod produkcji, zastosowań, dostawców i standardów.

Przegląd nanoproszku niklu

Nanoproszek niklu składa się z cząstek niklu, w których średnice cząstek są mniejsze niż 100 nm. Ze względu na rozmiar w nanoskali, nanocząstki niklu mają niezwykle wysoki stosunek powierzchni do objętości, co prowadzi do wyższej reaktywności chemicznej w porównaniu z większymi cząstkami niklu.

Niektóre z kluczowych właściwości nanoproszku niklu obejmują:

• Wysoka czystość
• Jednolity rozkład wielkości cząstek
• Wysoka powierzchnia właściwa
• Ulepszone właściwości magnetyczne i katalityczne
• Może być funkcjonalizowany dla kompozytów
• Powierzchnie wolne od tlenków

Kontrola rozmiaru, morfologii, składu i chemii powierzchni podczas produkcji pozwala na dostosowanie właściwości nanoproszku niklu do różnych zastosowań.

Nanoproszek niklu Rodzaje

Typ	Opis
Nanoproszek niklu	Czyste metaliczne nanocząstki niklu
Nanoproszek tlenku niklu	Nanocząstki tlenku niklu (NiO)
Nanoproszek niklu i kobaltu	Stop niklu i kobaltu
Nanoproszek niklu i miedzi	Stop niklu i miedzi

Skład nanoproszków niklu

Element	Zakres czystości
Nikiel (Ni)	99% do 99.9%
Węgiel (C)	< 1%
Tlen (O)	< 1%

Właściwości fizyczne

Nieruchomość	Opis
Kolor	Czarny proszek
Gęstość	8,9 g/cm3 w 25°C
Temperatura topnienia	1455°C
Temperatura wrzenia	2913°C
Struktura krystaliczna	Sześcienny (centrowany na ścianie)

Właściwości magnetyczne

Nieruchomość	Wartość
Nasycenie magnetyczne	55 emu/g
Koercja	100 do 400 Oe
Temperatura Curie	358°C

Właściwości katalityczne

• Aktywny katalizator reakcji ewolucji wodoru (HER)
• Katalizuje reakcje takie jak uwodornienie, reformowanie, kraking itp.
• Stosowany jako współkatalizator z metalami takimi jak platyna

Metody produkcji

Istnieje kilka metod stosowanych do produkcji nanoproszku niklu o kontrolowanym rozmiarze i morfologii:

Metody fizyczne

• Mielenie kulowe – Mechaniczne mielenie mikrocząstek niklu na nanocząstki
• Kondensacja gazu obojętnego – Uwalnianie i kondensacja niklu w obojętnej atmosferze

Metody chemiczne na mokro

• Redukcja chemiczna – Redukcja soli niklu za pomocą środków redukujących
• Osadzanie elektrochemiczne – Elektrolityczna redukcja i osadzanie jonów niklu
• Proces zol-żel – Tworzenie nanocząstek za pomocą prekursorów molekularnych

Inne metody

• Rozkład termiczny – Rozkład związków organometalicznych
• Synteza plazmowa mikrofalowa – Parowanie i szybka kondensacja plazmy niklu

Porównanie metod produkcji nanoproszku niklu

Metoda	Skalowalność	Czystość	Rozkład wielkości cząstek
Mielenie kulowe	Wysoki	Umiarkowany	Szeroki
Kondensacja gazu obojętnego	Umiarkowany	Wysoki	Wąski
Redukcja chemiczna	Wysoki	Wysoki	Umiarkowany
Osadzanie elektrochemiczne	Niski	Wysoki	Wąski
Proces zol-żel	Niski	Umiarkowany	Szeroki

Zastosowania

Nanoproszek niklu znajduje zastosowanie w następujących kluczowych zastosowaniach ze względu na ich unikalne właściwości magnetyczne, katalityczne i mechaniczne:

Zastosowania przemysłowe

• Produkcja superstopów na bazie niklu
• Produkcja powłok i past przewodzących
• Produkcja elektrod niklowych do akumulatorów
• Katalizatory do produkcji wodoru i reakcji w ogniwach paliwowych
• Nośnik katalizatora do wzrostu nanorurek węglowych
• Wytwarzanie nanokompozytów polimerowych wzmocnionych niklem
• Formowanie wtryskowe metali złożonych części
• Łączenie materiałów za pomocą nanofluidów niklowych w spawaniu
• Magnetyczne urządzenia do przechowywania danych

Aplikacje energetyczne

• Elektrokatalizator do reakcji ewolucji tlenu (OER) w rozszczepianiu wody
• Nośnik elektrokatalizatora do reakcji redukcji tlenu (ORR) w ogniwach paliwowych
• Akumulatory litowo-jonowe – katody NMC bogate w nikiel, anody
• Tusze do druku do elektroniki elastycznej i PV
• Skoncentrowane systemy energii słonecznej z nanofluidami

Zastosowania biomedyczne

• Nośniki leków i środki teranostyczne
• Środki kontrastowe do obrazowania MRI
• Środki hipertermiczne do leczenia guzów
• Antymikrobowe nanofilmy do urządzeń medycznych
• Biosensory oparte na nanocząst

Dostawcy i ceny

Proszek niklu w postaci nanoproszku jest sprzedawany przez wiele wyspecjalizowanych firm chemicznych i producentów nanomateriałów. Ceny zależą od stopnia czystości, wielkości produkcji, charakterystyki cząstek i dodatkowych modyfikacji.

Dostawca	Opis	Cena
Amerykańskie badania nad nanomateriałami	99,9% czystości, <50nm	70 USD/g
Elementy amerykańskie	Ni o czystości 99,5%, 10-30nm	100 USD/g
Nanoshel	99,9% czystości, 30-60nm	50 USD/g
Hongwu International	98% czystości, minimum 50g	30 USD/g
Nanografi Nano Technology	99,7% czystości, dyspersja	500 USD/kg

Ceny wahają się od 50 USD za gram do 500 USD za kilogram w zależności od wymaganej ilości i czystości. Nanoproszek klasy badawczej o czystości 99,9% jest zazwyczaj droższy, podczas gdy zamówienia hurtowe do użytku przemysłowego wiążą się ze zniżkami.

Standardy i bezpieczeństwo

Postępowanie z nanoproszkiem niklu wymaga standardowych protokołów bezpieczeństwa podobnych do innych suchych nanomateriałów. Kluczowe standardy obejmują:

• ISO 21363:2007 – Metody charakteryzowania próbek nanoproszku
• ASTM B822 – Standardowa metoda badania wielkości cząstek z wykorzystaniem małego kąta rozpraszania promieniowania rentgenowskiego
• ANSI Z399.1 – Bezpieczne procedury postępowania z nanomateriałami

Nanocząsteczki niklu wykazują niewielki do umiarkowanego poziom toksyczności i wymagają masek przeciwpyłowych, rękawic, zamkniętej eksploatacji i wentylacji podczas przetwarzania. Wdychanie jest główną drogą narażenia.

Najczęściej zadawane pytania

Co to jest nanoproszek niklu z czego jest zrobiony?

Nanoproszek niklu składa się z cząstek niklu (Ni) o średnicy od 1 do 100 nm. Mają wysoki poziom czystości do 99,9% wraz z niewielkimi ilościami węgla i tlenu.

Do czego służy nanoproszek niklu?

Nanoproszek niklu ma zastosowanie jako katalizatory, materiały do akumulatorów, dodatki przewodzące, urządzenia magnetyczne, wzmacniacze stopów, środki biomedyczne i do łączenia.

Co jest szczególnego w nanoproszku niklu?

Rozmiar nanometryczny nadaje wyższą powierzchnię, reaktywność powierzchni, wytrzymałość mechaniczną, absorpcję optyczną, przewodnictwo elektryczne/cieplne w porównaniu z cząstkami mikrometrycznymi.

Jaka jest różnica między nanoproszkiem niklu a mikroproszkiem niklu?

Cząstki nanoproszku niklu mają mniej niż 100 nm, podczas gdy cząstki mikroproszku niklu mają rozmiar od 100 nm do 1 mikrometra. Nanoproszki wykazują doskonałą katalizę, właściwości magnetyczne i optyczne dzięki efektom kwantowym.

Czy nanoproszek niklu jest toksyczny?

Nanocząsteczki niklu wykazują umiarkowaną toksyczność poprzez wdychanie lub kontakt ze skórą. Należy stosować odpowiedni sprzęt ochrony osobistej i protokoły postępowania. Toksyczność doustna jest niższa, ale należy unikać spożycia.

Ile kosztuje nanoproszek niklowy?

Nanoproszek niklu kosztuje około $50 do $500 za gram w zależności od czystości, zakresu wielkości cząstek, powłok powierzchniowych i wielkości zakupu. Przemysłowy proszek o wielkości 50 nm jest dostępny w cenie $30 za gram.

Jaka jest najlepsza metoda produkcji nanocząstek niklu?

Redukcja chemiczna jest najbardziej powszechną metodą pozwalającą kontrolować rozmiar, kształt i fazę krystaliczną nanocząstek. Alternatywnymi skalowalnymi metodami są mielenie kulowe, rozkład termiczny i synteza plazmowa.

Jaka jest różnica między nanoproszkiem niklu a nanoproszkiem tlenku niklu?

Nanoproszek niklu zawiera czysty metaliczny nikiel, podczas gdy proszek tlenku niklu składa się z nanocząstek tlenku niklu (NiO), które wykazują różne właściwości optyczne, elektryczne i magnetyczne.

Jakie są zagrożenia związane z nanoproszkiem niklu?

Jako łatwopalny proszek, głównym zagrożeniem jest narażenie skóry, oczu i układu oddechowego. Może powodować podrażnienia, stany zapalne i zwłóknienia w zależności od stopnia narażenia. Odpowiednie środki ochrony indywidualnej, wentylacja, SPO są obowiązkowe.

Czy nanoproszek niklu jest hydrofilowy czy hydrofobowy?

Czysty nanoproszek niklu wykazuje charakter hydrofobowy. Jednak utlenianie powierzchni lub funkcjonalizacja innymi związkami może nadać hydrofilowy charakter niezbędny do nanokompozytów i zastosowań biomedycznych.

poznaj więcej procesów druku 3D