Bột thép không gỉ Nano 316L siêu mỏng cho nghiên cứu khoa học

Vật liệu này bao gồm các hạt thép không gỉ 316L trong đó ít nhất một chiều nằm trong thang đo nanomet (1-100 nm) hoặc bột được phân loại là "siêu mịn" (thường là 100 nm đến 1 micron). Nó được đặc trưng bởi diện tích bề mặt cực kỳ cao và các hiện tượng nano độc đáo.

Kích thước hạt: Thường được chỉ định là D50 < 1 micron (1000 nm), thường có một phần đáng kể trong khoảng 50-500 nm. Bột nano thực sự sẽ có D50 < 100 nm.

Có thể thay đổi dựa trên phương pháp tổng hợp. Các dạng phổ biến bao gồm:

• Hình cầu: Lý tưởng để đóng gói và thiêu kết đồng nhất.
• Hình vảy: Được sử dụng trong mực và lớp phủ dẫn điện.
• Bất thường: Có thể là kết quả của một số phương pháp hóa học nhất định.

Tính chất chính - Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao: Đây là yếu tố khác biệt quan trọng nhất so với bột thông thường. Nó làm tăng đáng kể khả năng phản ứng hóa học, giảm nhiệt độ thiêu kết và có thể làm thay đổi các tính chất từ tính, xúc tác và cơ học.

Sản xuất bột nano 316L rất phức tạp và tốn kém, thường được thực hiện trong các lô nhỏ để nghiên cứu.

• Tổng hợp Sol-Gel: Tiền chất kim loại (muối của Fe, Cr, Ni, Mo) được hòa tan, tạo gel, sau đó khử dưới hydro ở nhiệt độ cao để tạo thành bột hợp kim. Cho phép đồng nhất hóa học tuyệt vời.
• Khử hóa học: Muối của các kim loại cấu thành được khử trong dung dịch lỏng bằng chất khử mạnh. Điều này có thể tạo ra các hạt rất mịn, đôi khi kết tụ.

• Phân hủy bằng laser: Một mục tiêu 316L dạng khối được hóa hơi bằng laser công suất cao trong môi trường được kiểm soát (ví dụ: argon). Hơi ngưng tụ thành các hạt có kích thước nano. Điều này tạo ra các loại bột hình cầu có độ tinh khiết rất cao.
• Xói mòn tia lửa điện: Tia lửa điện giữa hai điện cực 316L trong chất lỏng điện môi làm xói mòn vật liệu, tạo ra các hạt hình cầu mịn.
• Nguyên tử hóa khí tiên tiến với phân loại siêu mịn: Nguyên tử hóa khí chuyên dụng có thể tạo ra một phần nhỏ bột siêu mịn, sau đó được tách biệt tỉ mỉ bằng lốc xoáy hoặc bộ phân loại.

Các tính chất độc đáo của bột nano 316L mở ra cánh cửa cho các lĩnh vực nghiên cứu mới:

• Nghiên cứu thiêu kết: Điều tra các cơ chế của thiêu kết hỗ trợ trường (FAST/SPS) hoặc thiêu kết chớp nhoáng ở nhiệt độ và thời gian giảm đáng kể do lực đẩy cao để làm đặc.
• Nghiên cứu hiệu ứng kích thước: Khám phá cách các tính chất cơ học (độ cứng, độ bền chảy), hành vi từ tính và sự khuếch tán thay đổi ở quy mô nano.

• Đúc phun kim loại nano (Nano-MIM): Phát triển các vi cấu kiện với các tính năng siêu mịn và bề mặt siêu mịn cho các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và vi rô bốt.
• Chế tạo vật liệu khối có cấu trúc nano: Củng cố bột nano để tạo ra các thành phần khối với cấu trúc vi mô hạt nano, có thể thể hiện độ bền và khả năng chống bức xạ đặc biệt.

• Phân phối thuốc và tăng thân nhiệt: Chức năng hóa các hạt nano để gắn các loại thuốc điều trị. Các tính chất từ tính của chúng cho phép chúng được dẫn đến một mục tiêu và được làm nóng bằng từ trường xen kẽ để điều trị ung thư (tăng thân nhiệt từ tính).
• Chụp ảnh sinh học: Sử dụng các hạt nano làm tác nhân tương phản cho các kỹ thuật chụp ảnh tiên tiến như MRI.
• Lớp phủ cấy ghép có cấu trúc nano: Tạo ra các lớp phủ tương thích sinh học, kháng khuẩn và tăng cường tích hợp xương trên các cấy ghép thông thường.

• Chất mang xúc tác: Sử dụng diện tích bề mặt cao làm chất mang cho các vật liệu xúc tác khác trong các phản ứng như tiến hóa hydro hoặc khử oxy.
• Nghiên cứu pin và pin nhiên liệu: Điều tra việc sử dụng nó làm chất phụ gia dẫn điện hoặc chất xúc tác trong các thiết bị lưu trữ và chuyển đổi năng lượng thế hệ tiếp theo.

Việc xử lý bột nano đòi hỏi các giao thức an toàn nghiêm ngặt ngoài các giao thức đối với bột thông thường.

• Tính tự bốc cháy & Tính nổ: Bột kim loại siêu mịn thường rất dễ cháy. Chúng có thể tự bốc cháy khi tiếp xúc với không khí. Chúng phải được bảo quản và xử lý trong môi trường trơ (ví dụ: trong hộp đựng có chứa argon).
• Nguy cơ sức khỏe (Độc tính nano): Các hạt nano có thể được hít vào, xuyên qua các rào cản sinh học và gây ra những rủi ro sức khỏe đáng kể, chưa được hiểu đầy đủ. Phòng thí nghiệm phải sử dụng:
  • Kiểm soát kỹ thuật thích hợp: Tủ an toàn sinh học loại II hoặc III hoặc hộp đựng găng tay.
  • Thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE): Mặt nạ phòng độc có bộ lọc P100, găng tay và áo khoác phòng thí nghiệm.
• Lưu trữ: Phải được lưu trữ trong các thùng chứa kín, chứa đầy khí trơ, được dán nhãn rõ ràng là vật liệu nano và dễ cháy.

Khi làm việc với vật liệu này, các nhà nghiên cứu thường sẽ đo:

• Kích thước hạt & Hình thái: Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), Kính hiển vi điện tử quét (SEM), Tán xạ ánh sáng động (DLS).
• Diện tích bề mặt: Phân tích diện tích bề mặt Brunauer-Emmett-Teller (BET).
• Cấu trúc tinh thể: Nhiễu xạ tia X (XRD).
• Thành phần hóa học: Phổ plasma cảm ứng (ICP), Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS).
• Hành vi thiêu kết: Biến dạng kế để nghiên cứu sự co ngót trong quá trình gia nhiệt.