Нанопорошок никеля: Свойства, производство и применение

Нанопорошок никеля представляет собой мелкий порошок частиц никеля, по крайней мере, один размер которого находится в диапазоне 1-100 нанометров. Нанопорошки обладают уникальными свойствами по сравнению с обычным порошком никеля благодаря небольшому размеру и большой площади поверхности. В этой статье представлен обзор нанопорошка никеля, его основных характеристик, методов производства, применения, поставщиков и стандартов.

Обзор нанопорошка никеля

Нанопорошок никеля состоит из частиц никеля, диаметр которых составляет менее 100 нм. Из-за наноразмера наночастицы никеля имеют чрезвычайно высокое соотношение площади поверхности к объему, что приводит к более высокой химической реакционной способности по сравнению с более крупными частицами никеля.

Некоторые из ключевых свойств нанопорошка никеля включают:

• Высокая чистота
• Равномерное распределение частиц по размерам
• Высокая удельная поверхность
• Улучшенные магнитные и каталитические свойства
• Может быть функционализирован для композитов.
• Поверхности без оксидов

Контроль размера, морфологии, состава и химии поверхности во время производства позволяет настраивать свойства нанопорошка никеля для различных применений.

Никелевый нанопорошок Типы

Тип	Описание
Нанопорошок никеля	Наночастицы чистого металлического никеля
Нанопорошок оксида никеля	Наночастицы оксида никеля (NiO)
Нанопорошок никеля-кобальта	Сплав никеля и кобальта
Нанопорошок никеля и меди	Сплав никеля и меди

Состав нанопорошков никеля

Элемент	Диапазон чистоты
Никель (Ni)	99% - 99.9%
Углерод (C)	< 1%
Кислород (O)	< 1%

Физические свойства

Недвижимость	Описание
Цвет	Черный порох
Плотность	8,9 г/см3 при 25°C
Температура плавления	1455°С
Точка кипения	2913°С
Кристаллическая структура	Кубический (по центру лица)

Магнитные свойства

Недвижимость	Значение
Намагниченность насыщения	55 эму/г
Принуждение	от 100 до 400 Э
Температура Кюри	358°С

Каталитические свойства

• Активный катализатор реакции выделения водорода (HER)
• Катализирует такие реакции, как гидрирование, риформинг, крекинг и т. д.
• Используется в качестве сокатализатора с такими металлами, как платина.

Методы производства

Существует несколько методов производства нанопорошка никеля с контролируемым размером и морфологией:

Физические методы

• Шаровое фрезерование – Механическое измельчение микрочастиц никеля в наночастицы
• Конденсация инертного газа – Испарение и конденсация никеля в инертной атмосфере

Мокрые химические методы

• Химическое сокращение – Восстановление солей никеля с использованием восстановителей.
• Электрохимическое осаждение – Электролитическое восстановление и осаждение ионов никеля
• Золь-гель процесс – Формируйте наночастицы, используя молекулярные предшественники

Другие методы

• Термическое разложение – Распад металлоорганических соединений-предшественников
• Микроволновой плазменный синтез – Испарение и быстрая конденсация никелевой плазмы

Сравнение методов производства нанопорошка никеля

Метод	Масштабируемость	Чистота	Распределение частиц по размерам
Шаровое фрезерование	Высокая	Умеренный	Широкий
Конденсация инертного газа	Умеренный	Высокая	Узкий
Химическое сокращение	Высокая	Высокая	Умеренный
Электрохимическое осаждение	Низкий	Высокая	Узкий
Золь-гель процесс	Низкий	Умеренный	Широкий

Приложения

Нанопорошок никеля находит применение в следующих ключевых приложениях благодаря своим уникальным магнитным, каталитическим и механическим свойствам:

Промышленное применение

• Производство суперсплавов на основе никеля
• Производство токопроводящих покрытий и паст.
• Изготовление никелевых электродов для аккумуляторов.
• Катализаторы для производства водорода и реакций топливных элементов
• Катализатор для роста углеродных нанотрубок
• Создание никель-армированных полимерных нанокомпозитов
• Литье металлов под давлением сложных деталей
• Соединение материалов с использованием никелевых наножидкостей при сварке
• Магнитные устройства хранения данных

Энергетические приложения

• Электрокатализатор реакции выделения кислорода (ООР) при расщеплении воды
• Электрокаталитическая поддержка реакции восстановления кислорода (ORR) в топливных элементах
• Литий-ионные аккумуляторы – катоды NMC, богатые никелем, аноды
• Чернила для печати для гибкой электроники и фотоэлектрических систем
• Концентрированные солнечные энергосистемы с наножидкостями

Биомедицинские приложения

• Средства доставки лекарств и тераностические агенты
• Контрастные вещества для МРТ
• Гипертермические агенты для лечения опухолей
• Антимикробные нанопленки для медицинских изделий
• Биосенсоры на основе наночастиц никеля

Поставщики и ценообразование

Нанопорошок никеля продается многими специализированными химическими компаниями и производителями наноматериалов. Цена зависит от степени чистоты, объема производства, характеристик частиц и дополнительных настроек.

Поставщик	Описание	Цена
Исследовательские наноматериалы США	99,9% чистый, <50 нм	$70/г
Американские элементы	99,5% чистый Ni, 10–30 нм	$100/г
Nanoshel	99,9% чистый, 30-60 нм	$50/г
Hongwu International	98% чистый, минимум 50 г	$30/г
Нанографические нанотехнологии	99.71ТП3Т чистый, дисперсия	$500/кг

Цены варьируются от $50 за грамм до $500 за килограмм в зависимости от требуемого количества и чистоты. Нанопорошок исследовательского класса с чистотой 99,9% обычно дороже, в то время как заказы на большие объемы для промышленного использования предусматривают скидки.

Стандарты и безопасность

Обращение с нанопорошком никеля требует стандартных протоколов безопасности, аналогичных другим сухим наноматериалам. Ключевые стандарты включают в себя:

• ISO 21363:2007 – Методы определения характеристик образцов нанопорошков.
• ASTM B822 – Стандартный метод определения размера частиц с использованием малоуглового рассеяния рентгеновских лучей.
• ANSI Z399.1 – Процедуры безопасного обращения с наноматериалами

Наночастицы никеля демонстрируют уровень токсичности от легкой до умеренной и требуют использования пылезащитных масок, перчаток, закрытых помещений и вентиляции во время обработки. Вдыхание является основным путем воздействия.

Вопросы и ответы

Что такое нанопорошок никеля сделано из?

Нанопорошок никеля состоит из частиц никеля (Ni) диаметром от 1 до 100 нм. Они имеют высокую степень чистоты до 99,9%, а также небольшое количество углерода и кислорода.

Для чего используется нанопорошок никеля?

Нанопорошок никеля находит применение в качестве катализаторов, аккумуляторных материалов, проводящих добавок, магнитных устройств, упрочнителей сплавов, биомедицинских агентов и для соединения.

В чем особенность нанопорошка никеля?

Наноразмерный размер обеспечивает более высокую площадь поверхности, поверхностную реакционную способность, механическую прочность, оптическое поглощение, электрическую/тепловую проводимость по сравнению с частицами микронного размера.

В чем разница между нанопорошком никеля и микропорошком никеля?

Частицы нанопорошка никеля имеют размер менее 100 нм, а частицы микропорошка никеля - от 100 нм до 1 микрона. Нанопорошки демонстрируют превосходство в катализе, магнетизме и оптике благодаря квантовым эффектам.

Является ли нанопорошок никеля токсичным?

Наночастицы никеля проявляют умеренную токсичность при вдыхании или контакте с кожей. Необходимо использовать соответствующие СИЗ и протоколы обращения. Пероральная токсичность ниже, но следует избегать приема внутрь.

Сколько стоит нанопорошок никеля?

Нанопорошок никеля стоит от $50 до $500 за грамм в зависимости от чистоты, диапазона размеров частиц, поверхностного покрытия и объемов закупок. Порошок промышленного класса размером 50 нм доступен по цене $30 за грамм.

Какой метод получения наночастиц никеля лучше всего?

Химическое восстановление является наиболее распространенным методом, позволяющим контролировать размер, форму и кристаллическую фазу наночастиц. Альтернативными масштабируемыми подходами являются шаровое измельчение, термическое разложение и плазменный синтез.

В чем разница между нанопорошком никеля и нанопорошком оксида никеля?

Нанопорошок никеля содержит чистый металлический никель, а порошок оксида никеля состоит из наночастиц оксида никеля (NiO), которые обладают различными оптическими, электрическими и магнитными характеристиками.

В чем опасность нанопорошка никеля?

Основная опасность горючего порошка заключается в воздействии на кожу, глаза, дыхательную систему. В зависимости от воздействия он может вызвать раздражение, воспаление, фиброз. Наличие соответствующих СИЗ, вентиляции и СОП является обязательным.

Является ли нанопорошок никеля гидрофильным или гидрофобным?

Чистый нанопорошок никеля обладает гидрофобной природой. Но поверхностное окисление или функционализация другими соединениями может придать гидрофильный характер, необходимый для нанокомпозитов и биомедицинского использования.

узнать больше о процессах 3D-печати