Nickel-Nanopulver: Eigenschaften, Herstellung und Anwendungen

InhaltsĂŒbersicht

Nickel-Nanopulver ist ein feines Pulver aus Nickelpartikeln mit mindestens einer Dimension im Bereich von 1-100 Nanometern. Nanopulver weisen im Vergleich zu gewöhnlichem Nickelpulver aufgrund ihrer geringen GrĂ¶ĂŸe und großen OberflĂ€che einzigartige Eigenschaften auf. Dieser Artikel gibt einen Überblick ĂŒber Nickel-Nanopulver, seine wichtigsten Eigenschaften, Produktionsmethoden, Anwendungen, Lieferanten und Normen.

Überblick ĂŒber Nickel-Nanopulver

Nickel-Nanopulver besteht aus Nickelpartikeln mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 100nm. Aufgrund der GrĂ¶ĂŸe im Nanobereich haben Nickel-Nanopartikel ein extrem hohes VerhĂ€ltnis von OberflĂ€che zu Volumen, was zu einer höheren chemischen ReaktivitĂ€t im Vergleich zu grĂ¶ĂŸeren Nickelpartikeln fĂŒhrt.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Nickel-Nanopulver gehören:

  • Hohe Reinheit
  • GleichmĂ€ĂŸige PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung
  • Hohe spezifische OberflĂ€che
  • Verbesserte magnetische und katalytische Eigenschaften
  • Kann fĂŒr Verbundwerkstoffe funktionalisiert werden
  • Oxidfreie OberflĂ€chen

Durch die Kontrolle von GrĂ¶ĂŸe, Morphologie, Zusammensetzung und OberflĂ€chenchemie wĂ€hrend der Produktion können die Eigenschaften von Nickel-Nanopulver fĂŒr verschiedene Anwendungen angepasst werden.

Nickel-Nanopulver

Nickel-Nanopulver Typen

Typ Beschreibung
Nickel-Nanopulver Reine metallische Nickel-Nanopartikel
Nickeloxid-Nanopulver Nickeloxid (NiO)-Nanopartikel
Nickel-Kobalt-Nanopulver Legierung aus Nickel und Kobalt
Nickel-Kupfer-Nanopulver Legierung aus Nickel und Kupfer

Zusammensetzung von Nickel-Nanopulvern

Element Reinheitsbereich
Nickel (Ni) 99% bis 99.9%
Kohlenstoff (C) < 1%
Sauerstoff (O) < 1%

Physikalische Eigenschaften

Eigentum Beschreibung
Farbe Schwarzpulver
Dichte 8,9 g/cc bei 25°C
Schmelzpunkt 1455°C
Siedepunkt 2913°C
Kristallstruktur Kubisch (flÀchenzentriert)

Magnetische Eigenschaften

Eigentum Wert
SĂ€ttigungsmagnetisierung 55 emu/g
KoerzitivfeldstÀrke 100 bis 400 Oe
Curie-Temperatur 358°C

Katalytische Eigenschaften

  • Aktiver Katalysator fĂŒr die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER)
  • Katalysiert Reaktionen wie Hydrierung, Reformierung, Cracken usw.
  • Verwendung als Co-Katalysator mit Metallen wie Platin

Produktionsmethoden

Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Nickel-Nanopulver mit kontrollierter GrĂ¶ĂŸe und Morphologie:

Physikalische Methoden

  • Kugelmahlen - Mechanische Zerkleinerung von Nickel-Mikropartikeln zu Nanopartikeln
  • Inertgas-Kondensation - Verdampfung und Kondensation von Nickel in inerter AtmosphĂ€re

Nasschemische Methoden

  • Chemische Reduktion - Reduktion von Nickelsalzen mit Reduktionsmitteln
  • Elektrochemische Abscheidung - Elektrolytische Reduktion und Abscheidung von Nickel-Ionen
  • Sol-Gel-Verfahren - Bildung von Nanopartikeln mit molekularen VorlĂ€ufern

Andere Methoden

  • Thermische Zersetzung - AufschlĂŒsselung der metallorganischen VorlĂ€uferverbindungen
  • Mikrowellen-Plasma-Synthese - Verdampfung und schnelle Kondensation von Nickelplasma

Vergleich der Methoden zur Herstellung von Nickel-Nanopulver

Methode Skalierbarkeit Reinheit PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung
Kugelmahlen Hoch MĂ€ĂŸig Breite
Inertgas-Kondensation MĂ€ĂŸig Hoch Schmal
Chemische Reduktion Hoch Hoch MĂ€ĂŸig
Elektrochemische Abscheidung Niedrig Hoch Schmal
Sol-Gel-Verfahren Niedrig MĂ€ĂŸig Breite

Anwendungen

Nickel-Nanopulver finden aufgrund ihrer einzigartigen magnetischen, katalytischen und mechanischen Eigenschaften Verwendung in den folgenden SchlĂŒsselanwendungen:

Industrielle Anwendungen

  • Herstellung von Superlegierungen auf Nickelbasis
  • Herstellung von leitfĂ€higen Beschichtungen und Pasten
  • Herstellung von Nickelelektroden fĂŒr Batterien
  • Katalysatoren fĂŒr die Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellenreaktionen
  • KatalysatortrĂ€ger fĂŒr das Wachstum von Kohlenstoff-Nanoröhren
  • Herstellung von nickelverstĂ€rkten Polymer-Nanokompositen
  • Metall-Spritzguss von komplexen Teilen
  • Verbinden von Werkstoffen mit Hilfe von Nickel-Nanofluiden beim Schweißen
  • Magnetische DatenspeichergerĂ€te

Energie-Anwendungen

  • Elektrokatalysator fĂŒr die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) bei der Wasserspaltung
  • ElektrokatalysatorunterstĂŒtzung fĂŒr die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) in Brennstoffzellen
  • Li-Ionen-Batterien - nickelreiche NMC-Kathoden, Anoden
  • Druckbare Tinten fĂŒr flexible Elektronik und PVs
  • Konzentrierte Solarenergiesysteme mit Nanofluiden

Biomedizinische Anwendungen

  • Vehikel zur Verabreichung von Medikamenten und theranostische Wirkstoffe
  • Kontrastmittel fĂŒr die MRT-Bildgebung
  • Hyperthermiemittel fĂŒr die Tumorbehandlung
  • Antimikrobielle Nanofilme fĂŒr medizinische GerĂ€te
  • Biosensoren auf der Basis von Nickel-Nanopartikeln

Lieferanten und Preisgestaltung

Nickel-Nanopulver wird von vielen Spezialchemieunternehmen und Herstellern von Nanomaterialien verkauft. Die Preisgestaltung hÀngt von den Reinheitsgraden, dem Produktionsvolumen, den Partikeleigenschaften und zusÀtzlichen Anpassungen ab.

Anbieter Beschreibung Preis
US-Forschung Nanomaterialien 99,9% rein, <50nm $70/g
Amerikanische Elemente 99.5% reines Ni, 10-30nm $100/g
Nanoshel 99,9% rein, 30-60nm $50/g
Hongwu International 98% rein, mindestens 50g $30/g
Nanografi Nano Technologie 99,7% rein, Dispersion $500/kg

Die Preise reichen von $50 pro Gramm bis $500 pro Kilogramm, je nach Menge und gewĂŒnschter Reinheit. Nanopulver in ForschungsqualitĂ€t mit einem Reinheitsgrad von 99,9% ist in der Regel teurer, wĂ€hrend bei Großbestellungen fĂŒr industrielle Zwecke Rabatte gewĂ€hrt werden.

Normen und Sicherheit

Die Handhabung von Nickel-Nanopulver erfordert Standard-Sicherheitsprotokolle, Àhnlich wie bei anderen trockenen Nanomaterialien. Zu den wichtigsten Normen gehören:

  • ISO 21363:2007 - Verfahren zur Charakterisierung von Nanopulverproben
  • ASTM B822 - StandardprĂŒfverfahren fĂŒr die PartikelgrĂ¶ĂŸe mittels Röntgenkleinwinkelstreuung
  • ANSI Z399.1 - Verfahren zur sicheren Handhabung von Nanomaterialien

Nickel-Nanopartikel weisen eine leichte bis mittlere ToxizitĂ€t auf und erfordern bei der Verarbeitung Staubmasken, Handschuhe, geschlossene Arbeitsbereiche und BelĂŒftung. Der primĂ€re Expositionsweg ist die Inhalation.

Nickel-Nanopulver

FAQs

Was ist Nickel-Nanopulver aus?

Nickel-Nanopulver besteht aus Nickel (Ni)-Partikeln mit Durchmessern zwischen 1-100 nm. Sie haben einen hohen Reinheitsgrad von bis zu 99,9% und enthalten geringe Mengen an Kohlenstoff und Sauerstoff.

WofĂŒr wird Nickel-Nanopulver verwendet?

Nickel-Nanopulver wird als Katalysator, als Batteriematerial, als leitfĂ€higer Zusatzstoff, fĂŒr magnetische GerĂ€te, zur VerstĂ€rkung von Legierungen, als biomedizinischer Wirkstoff und zum FĂŒgen verwendet.

Was ist das Besondere an Nickel-Nanopulver?

Die GrĂ¶ĂŸe im Nanobereich verleiht eine grĂ¶ĂŸere OberflĂ€che, OberflĂ€chenreaktivitĂ€t, mechanische Festigkeit, optische Absorption und elektrische/thermische LeitfĂ€higkeit im Vergleich zu Partikeln im Mikrometerbereich.

Was ist der Unterschied zwischen Nickel-Nanopulver und Nickel-Mikropulver?

Nickel-Nanopulverteilchen sind kleiner als 100 nm, wĂ€hrend Nickel-Mikropulverteilchen zwischen 100 nm und 1 Mikrometer groß sind. Nanopulver weisen aufgrund von Quanteneffekten hervorragende katalytische, magnetische und optische Eigenschaften auf.

Ist Nickel-Nanopulver giftig?

Nickel-Nanopartikel weisen eine mĂ€ĂŸige ToxizitĂ€t beim Einatmen oder bei Hautkontakt auf. Geeignete PSA und Handhabungsprotokolle mĂŒssen verwendet werden. Die orale ToxizitĂ€t ist geringer, aber eine Einnahme sollte vermieden werden.

Wie viel kostet Nickel-Nanopulver?

Nickel-Nanopulver kostet je nach Reinheit, PartikelgrĂ¶ĂŸe, OberflĂ€chenbeschichtung und Abnahmemenge etwa $50 bis $500 pro Gramm. 50-nm-Pulver in IndustriequalitĂ€t ist fĂŒr $30 pro Gramm erhĂ€ltlich.

Welches ist die beste Methode zur Herstellung von Nickel-Nanopartikeln?

Die chemische Reduktion ist die gebrĂ€uchlichste Methode, die die Kontrolle ĂŒber GrĂ¶ĂŸe, Form und Kristallphase der Nanopartikel ermöglicht. Andere skalierbare Verfahren sind Kugelmahlen, thermische Zersetzung und Plasmasynthese.

Was ist der Unterschied zwischen Nickel-Nanopulver und Nickeloxid-Nanopulver?

Nickel-Nanopulver enthÀlt reines metallisches Nickel, wÀhrend Nickeloxidpulver aus Nickeloxid-Nanopartikeln (NiO) besteht, die unterschiedliche optische, elektrische und magnetische Eigenschaften aufweisen.

Welche Gefahren birgt das Nickel-Nanopulver?

Da es sich um ein brennbares Pulver handelt, besteht die Hauptgefahr in der Exposition von Haut, Augen und Atmungsorganen. Es kann je nach Exposition Reizungen, EntzĂŒndungen und Fibrose verursachen. Geeignete PSA, BelĂŒftung und SOPs sind obligatorisch.

Ist Nickel-Nanopulver hydrophil oder hydrophob?

Reines Nickel-Nanopulver ist von Natur aus hydrophob. Durch Oxidation der OberflĂ€che oder Funktionalisierung mit anderen Verbindungen kann jedoch ein hydrophiler Charakter verliehen werden, der fĂŒr Nanokomposite und biomedizinische Anwendungen unerlĂ€sslich ist.

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