Niskokatowe pomiary mikrostruktury nanoproszków

Ze wzgledu na rozbudowana powierzchnie maych ziaren i duze siy adhezji wiazace ziarna w trwae struktury, nanoproszki nie sa mieszanina oddzielnych krystalitów, lecz podczas syntezy poszczególne ziarna acza sie w rozgaezione ancuchy, które luzno wypeniaja przestrzen, tworzac struktury fraktalne. Skonnosc nanokrysztaów do tworzenia fraktali masowych jest funkcja ich rozmiaru: w proszkach o ziarnie ponizej 10 nm takie zachowanie jest regua. Wzrost fraktala odbywa sie we wszystkich kierunkach: do zarodka doaczaja nowo zsyntetyzowane krystality i tworzace sie w ten sposób ziarno fraktalne moze osiagac makroskopowe rozmiary, jak na rys. 3.8. Gestosc ziarna fraktalnego nie jest staa i maleje wraz z odlegoscia od jego srodka (zarodka):

$$\rho {\frac{{m(r)}}{{V(r)}}} \cong {\frac{{r^{D_{M}}}}{{r^{3}}}}$$ (3.22)

gdzie D_M jest masowym wymiarem fraktalnym zawsze mniejszym od 3. Poniewaz najczesciej D_M $\in$ 1÷2, proszki nanokrystaliczne sa niekiedy bardzo lekkie (kilkanascie gramów wypenia objetosc 1 dm³). Dzieki zwiazkowi (3.22) gestosci ziaren fraktalnych z wymiarem D_M, rozpraszanie niskokatowe promieni rentgenowskich (Small Angle X-Ray Scattering, SAXS), które odbywa sie na zmianach gestosci elektronowej, umozliwia wyznaczanie wymiaru D_M. Chociaz fraktalne ziarna nanokrystalicznych SiC i diamentu sa dosc odporne mechanicznie, przyozenie duzego nacisku podczas zageszczania proszku amie gaezie fraktala i zmienia mikrostrukture proszku.

W tym rozdziale przedyskutowany zostanie wpyw cisnienia na mikrostrukture nanoproszków SiC i diamentu zbadany przy pomocy rozpraszania niskokatowego.

Figure 3.8: Ziarna fraktalne moga byc bardzo duze chociaz skadaja sie z nanokrysztaów. Zachowuja wasnosci wasciwe dla skali nano pomimo, ze widac je goym okiem (to na zdjeciu ma ok.  0.01 mm srednicy, czyli tyle co punkt drukarki atramentowej). Gestosc ziarna fraktalnego nie jest staa, lecz maleje z odlegoscia od jego srodka jak r^D_M-3. Taka struktura jest dosc odporna mechanicznie - zaamuje sie dopiero w cisnieniu kilku tysiecy atmosfer. Na zdjeciu nanokrystaliczny SiC (#k1).