A2 Oxidation und beschleunigter Abbau

Thema

Dieses Nanopartikel, dessen Oberfläche-Volumen-Verhältnis deutlich höher ist als das eines anderen Modells dieser Materialgruppe, oxidiert im Vergleich zum gleichen Material in seiner makroskopischen Form – einem Block mit einem wesentlich geringeren Oberfläche-Volumen-Verhältnis – deutlich schneller. Die Oxidation des Nanopartikels bzw. des entsprechenden makroskopischen Materials folgt dem gleichen parabolischen Gesetz der selbstlimitierenden Oxidation, das bereits für denselben Zweck in einem anderen Modell einer anderen Materialgruppe verwendet wurde. Da das Oberfläche-Volumen-Verhältnis des Nanopartikels deutlich höher ist als das des makroskopischen Materials, verbleibt unter der bereits gebildeten Oxidschicht proportional viel weniger unoxidiertes Metall, bezogen auf die weiter oxidierende Oberfläche.

Die Tatsache, dass dieses parabolische Gesetz der selbstlimitierenden Oxidation in beiden Fällen auf die Dicke der Oxidschicht und nicht direkt auf das verbrauchte Metallvolumen wirkt, führt dazu, dass das hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnis die Oxidation dieses Nanopartikels im Vergleich zum Massenmaterial relativ beschleunigt: Die gleiche Oxidschichtdicke verbraucht in diesem Nanopartikel einen wesentlich größeren Anteil seines Gesamtvolumens als die gleiche Dicke im Massenmaterial. Dass dieses Oberflächen-Volumen-Verhältnis des Nanopartikels noch höher ist, verstärkt diese relative Beschleunigung der Oxidation im Vergleich zum Massenmaterial zusätzlich.

Daher legt dieses Modell mit seinem Oberflächen-Volumen-Verhältnis und der beschleunigten Oxidation nahe, dass diese Beschleunigung pro spezifischer Oberfläche, wenn sie lange genug anhält, schließlich das gesamte Volumen dieses Nanopartikels verbrauchen kann. Dies wäre im entsprechenden Massenmaterial innerhalb eines vergleichbaren Zeitraums nach dem parabolischen Gesetz der selbstlimitierenden Oxidation niemals möglich. Während in dem Massenmaterial die bereits gebildete Oxidschicht den Oxidationsprozess zum darunterliegenden Metall zunehmend verlangsamt, kann in diesem Nanopartikel das verbleibende Metall vollständig verbraucht werden, bevor diese Selbstlimitierung relevant wird. Die Tatsache, dass dieses Oberflächen-Volumen-Verhältnis, auf dem das Modell basiert, letztlich bestimmt, wie nahe das Nanopartikel an der vollständigen Verbrauchung seines Volumens ist, bedeutet, dass zwei Nanopartikel aus demselben Material, aber unterschiedlicher Größe, mit sehr unterschiedlichen relativen Geschwindigkeiten oxidieren.

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