M3 Ostwald Reifung

Thema

Die Krümmung jedes kleinen Partikels in dieser Nanopartikelsuspension, die deutlich ausgeprägter ist als die Krümmung jedes größeren Partikels in derselben Suspension, erhöht gemäß der Kelvin-Gleichung die Löslichkeit dieses kleinen Partikels. Diese Kelvin-Gleichung beschreibt, wie eine stärker gekrümmte Oberfläche die Oberflächenenergie pro Atom erhöht und wie diese zusätzliche Oberflächenenergie bewirkt, dass sich das Material des kleinen Partikels leichter in der umgebenden Lösung löst als das Material eines deutlich weniger gekrümmten, großen Partikels desselben Typs. Die Tatsache, dass dieses Partikel kleiner ist und eine noch stärkere Krümmung aufweist, bedeutet gemäß derselben Kelvin-Gleichung auch, dass seine Löslichkeit größer ist.

Die Tatsache, dass die Löslichkeit der kleinen Partikel in dieser Suspension höher ist als die der großen Partikel in derselben Suspension, führt zu einem Lösungs- und Ausfällungsprozess: Das Material, das sich bevorzugt von diesen kleineren, besser löslichen Partikeln löst, steht in der Lösung zur Verfügung, um sich an den größeren, weniger löslichen Partikeln auszufällen. Diese wachsen dadurch auf Kosten der kleinen Partikel, die ihrerseits weiter schrumpfen. Dieser größere Unterschied in der Löslichkeit zwischen kleinen und großen Partikeln beschleunigt den Lösungs- und Ausfällungsprozess, wodurch die größeren Partikel in dieser Suspension schneller auf Kosten der kleineren wachsen.

Daher beschreibt dieses Modell mit seiner kleinen Partikelkrümmung und dem zugrunde liegenden Lösungs- und Ausfällungsprozess kinetisch mithilfe des Lifshitz-Slyozov-Wagner-Gesetzes, wie der mittlere Radius dieser Nanopartikelsuspension im Verlauf dieses Lösungs- und Ausfällungsprozesses mit der Zeit zunimmt. Diese Ostwald-Reifung, bei der die größeren Partikel dieser Suspension auf Kosten der kleineren wachsen, führt zu einer Verbreiterung der Größenverteilung, die ein anderes Modell dieser Gruppe bereits durch die zeitliche Trennung zwischen explosiver Nukleation und diffusionskontrolliertem Wachstum verengt hatte. Lässt man diese Ostwald-Reifung nach der anfänglichen Bottom-up-Synthese länger andauern, geht die Monodispersität, die das andere Modell durch dieselbe Größenfokussierung bereits erreicht hatte, zunehmend verloren – und zwar genau entgegengesetzt zu dem Ziel, das das andere Modell verfolgte.

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