금은 세계에서 가장 많이 요구되는 금속 중 하나입니다. 귀중한 황색 금속은 자연에서 희귀하며 고대부터 화폐의 매체와 보석 제작에 사용되어 왔습니다(그림 1).1 유성에 의해 지구로 가져온 것으로 여겨지는 금은 진정으로이 세상에서 벗어났습니다!2 금이 특별하고 왜 우리 사회에서 그 가치를 유지했는지에 대한 많은 이유가 있습니다., 그러나 금은 우리가 생각한 것보다 훨씬 더 특별 할 수도 있습니다.
의 제작 및 가공이 반짝이는 금속,사람들은 점차적으로 배의 물리적 및 화학적 특성., “진정한 황금 두려움 없이 화재”오래 된 중국의 관용구에서 유래한다는 사실 대량 금를 그대로 유지하고 반면 위에 나무 불(600-1000°C),또는 다른 대부분의 금속(예:구리,아연,니켈과 그들의 합금)녹아 및/또는 훼손에 그 조건입니다. 화학 용어로,우리는 금이 산화에 대한 우수한 화학적 안정성과 상대적으로 높은 융점(1064°C)을 가지고 있다고 말합니다. 하지만 그것을 밝혀 주셔서 감사합니다 나노과학기 방식을 변경하는 방법 골드 동작하는 다른 온도에서 유지하는 동안 다른 특별한 특성이 있습니다.,
금으로 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 도움이되는 예를 들어 물과의 일상 경험을 사용합시다. 우리가 알고 있는 아이스(솔리드)을 용해하여 물(액체)에 고정된 온도한 다음 물을 증발기 증기(가스)에서 고정된 온도이다. 이러한 온도를 각각 융점 및 끓는점으로 지칭한다. 용융점과 끓는점은 국부 압력에 따라 다를 수 있습니다. 이런 이유로 당신의 요리 또는 조리법이 다를 수 있습에 대한 지침 높은 고도가 낮은 공기압 보다 낮은 고도에서.,그래도 끓는점을 조작하기 위해 산을 오르 내릴 필요는 없습니다. 우리는 쉽게 할 수 있는 이를 변경하여 지역의 압력은 얼마나 압력솥 작동하여 압력을 증가시키고,비등점의 물 증가 더 높은 온도에는 물을 얻을 수 있는 더 뜨거운없이 증발하게 만드는 음식 요리 빠르다(그림 2).
는 방법을 이해하는 압력솥 제기 내부의 압력,우리는 무엇을 기억하고 발생하는 분자의 액체할 때까지 가열한다:그들이 이동하기 시작하면 멀리 떨어져! 그러나 융점은 국부적 인 압력 변화에 훨씬 덜 민감합니다. 이는 기체로 증발하는 액체와 비교하여 일반적으로 고체가 액체로 녹을 때 부피가 너무 많이 증가하지 않기 때문입니다. (측면을 참고:물가상에서는 부피가 큰 경우 그 정지를 단단한–이제까지할 수 있는 소다의 폭발에 냉장고?, -하지만 다른 게시물에 대한 주제입니다!)
주요 포인트는 그것을 실용적이지 않을 조작하의 녹는점 물질에 의해 변경하는 지역의 압력–에 있는 격렬한 변화에 압력을 얻을 조금이라도 변경에서의 융점(그림 3).
그러나,다른 방법이 있을 변경하는 녹는점의 재료?, 그리고이 게시물의 주요 주제로 돌아 가면 실온에서 금을 녹일 수 있습니까?
이전에 블로그에 포스팅,”나노입자들은 모두 우리 주변에 있으며,”우리는 설명하는 크기의 물질을 줄여 나노스케일에,많은 물리화학적 특성 또한 변경합니다. 이것은 대부분”표면 효과”또는 증가 된 표면적 대 부피 비율(그림 4)때문입니다.3
골드 색상,예를 들어에서 변경 빛나는 노란색 어두운 빨간색을 때 그것의 크기를 줄여 나노미터 범위의(그림 5). 그렇다면 물질의 융점은 크기가 나노 스케일로 감소함에 따라 어떻게 변합니까?
초와 같은 1871 년(했을 때의 방법이 실제로 보 nanoparticles),Sir William Thomson 보였다 융점의 변화에 반비례 radius 입자의에 따라 다음과 같은 방정식,로 알려진 오늘 Gibbs-톰슨 equation4:
경우 플러그인에 대한 정보가 소재한 입자 크기와 다른 특성 이 방정식을 보여주는 자료의 크기 및 녹는점과 직접 관련이 있습니다. 재료의 크기가 감소함에 따라 융점도 감소합니다., 이 현상은 일반적으로”융점 우울증”으로 알려져 있습니다.5
그림 6 사이의 관계를 나노 입자 크기 및 녹는점에 따라 금 깁스-톰슨 방정식이다. 우리가 볼 수 있듯이,금 나노 입자의 융점은 크기가 약 1 미만으로 감소 할 때 실온(~23-25°C)보다 더 낮을 수 있습니다.,4 나노 미터. 그 크기에서,각각의 나노 입자에 존재하는 약 85 개의 원자 만 존재하며,대부분의 원자는 표면에 노출되어있다.6(대조적으로,4 나노 미터 입자에는 거의 2000 개의 금 원자가 있으며,대부분의 원자는 여전히 입자 내부에 남아 있습니다. 우리가 이것을 어떻게 알고 있는지 궁금하십니까? 우리의 블로그 게시물을 참조하십시오,”나노 입자에 얼마나 많은 원자가 있는지 어떻게 계산할 수 있습니까?”)
사이의 차이는 고체와 액체가 쉽게 위해 정상적인 크기의 객체:액체,이동 흐름,그리고 모양의 어떤 containter 는 그들을 넣어서지만,고체들은 엄밀하고 하지 않 튀기는 주변에 있다.,7 그러나 우리가 여기서 설명해온”액체 나노 입자”를 직접 시각화 할 수있는 방법이 있습니까?
Transmission electron microscopy(TEM)매우 적합합니다. 전자 빔이 샘플에 부딪 칠 때 나노 입자를 가열하여 녹일 수 있습니다. 샘플의 원자는 또한 입사 전자 빔이 많은 특정 방향으로 회절하게 할 수 있습니다., 여 측정한 각도와 강도의 이러한 회절 빔,회절패턴을 만들 수 및 위치에 있는 원자의 샘플을 결정할 수 있습니다. 원자는 일반적으로 높게에서 주문한 고체지만 주위에 이동에 액체,그 결과는 다른 회절 패턴이 있습니다. 여드름 패턴은 일반적으로 관찰 단단한 샘플 반면 halo 패턴은 일반적으로 관찰 액체를 위한 샘플입니다. 그런 다음 전자 회절 패턴을 보면서 고체 상태를 액체 상태와 차별화 할 수 있습니다., (전자 현미경에 대한 자세한 내용은 우리의 게시물”현미경의 자연:나노 과학의 아름다움 탐구”를 참조하십시오.)
초 1954,카 첫 번째 이 전략을 사용하여 테스트하는”녹는점 억제”(그림 8). 그는 상대적으로 낮은 융점을 가지며 5 나노 미터 두께의 필름으로 쉽게 만들 수 있기 때문에 연구로 납을 선택했습니다., 아래에 TEM,카와 그의 팀은 녹는점의 5nm-두꺼운로 이어질 영화 감소에서 일반적인 327°C170°C.9
지만 패키의 결과를 인상적이었다,그들을 캡처 할 수 있도체를 액체 전에 실시간입니다. 요즘 우리는 현장 템이라고 불리는 것의 개발 덕분에이 작업을 수행 할 수 있습니다.10 은 나노입자보다 작은 10nm 에 배치되었 팁 텅스텐,연구진은 관찰”액체와 같은”행동하는 특정 상황에서., 은 나노입자도 매우 크리스탈 인테리어 제안,그들은 녹지 않는 경우는 입자가 실제로 녹은,우리가 기대하는 것이 없을 결정 패턴과 완전히 무작위 원자 배열(과 같은 헤일로부터 패턴 그림 8). 이 흥미로운”액체와 같은”행위에 기인하는 원자에서 은 나노 입자의 주위에 이동 압력의 밑에게는 환상의 녹(그림 9).,
의 모든 이것은 우리가 이해하는 것도 사람들이 생각하는”진정한 황금 두려움을 불,”우리가 알고 있는 나노 금속을 포함하여,골드,동작할 수 있습니다 같은 액체 상온에서!,
한 손으로,녹는점울 수 있는 몇몇 나노입자가 적용하는 경우에,그들은 해야에서는 고체 상태에서 작동하는 그들의 기술 응용 프로그램. 반면에,융점 우울증은 나노 입자가 액체 상태에서 더 잘 작동하는 응용 분야에도 매우 도움이됩니다. 예를 들어,우리가 쉽게 변경할 수 있습니다 모양의 줄 것입 재료는 훨씬 낮은 온도보다 융점을 것이 좋습니다.
그러므로 우리가 시작한 질문에 대한 대답은 다음과 같습니다., 이론적으로,골드,또는 기타 재료로 간주 될 수 있습니다”녹은”감사의 놀라운 특성을 재료의 나노스케일에서.물,물 및 증기의 특성에 대한 국제 협회:물이 얼어 붙을 때 물이 팽창하는 이유는 무엇입니까?
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