Kütle bir malzeme nano boyutlarda parçalara bölündüğünde toplam hacim
sabit kalırken, parçaların kollektif yüzey alanı büyük miktarda artar (Şekil-1).
Tipik bir örnek olarak 1 m3 küpün, derece derece küçük, daha küçük
kesilerek 1 nm3 seviyesine kadar inildiğinde toplam yüzey alanının
ne kara olacağı Tablo-1’de görülmektedir.
Şekil-1: Boyut küçüldükçe yüzey-hacim
yükselmesinin
şematik görünümü
şematik görünümü
1 Küpün
(1x1x1 m) Kesilerek Elde Edilen
Yüzey Alanları
Yüzey Alanları
Küp boyutu
|
Küp sayısı
|
Toplam yüzey alanı
|
1 m
|
1
|
6 m2
|
0.1 m
|
1 000
|
60 m2
|
0.01 m = 1 cm
|
106 = 1 milyon
|
600 m2
|
0.001 m = 1 mm
|
109 = 1 milyar
|
6 000 m2
|
10-9 m = 1 nm
|
1027
|
6 x 109 = 6 000 km2
|
Yüzey Atomlarının
Önemi: Yüzey biliminde malzemenin, özelliklerini arayüzlerdeki kimyasal
gruplar belirler. Katalitik reaktivite, elektriksel direnç, adhezyon, gaz
depolama ve kimysasal reaktivite gibi özellikler arayüzün yapısına bağlıdır. Nanomalzemelde
yüzeydeki atomların sayısı çok fazladır; dolayısıyla katalitik reaksiyonlar ve
başlayabilmek için malzeme yüzeyinde bazı grupların fiziksel adsorbsiyonunu
gerektiren reaksiyonlariçin çok etkilidir. Yüzeydeki çok sayıdaki atomlar
malzemenin ergime noktası gibi bazı fiziksel özelliklerini de etkiler. Aynı
malzemenin nanoboyutlarda olaının ergime noktası, daha büyük boyutta olanından
(bulk) daha düşüktür; nedeni, yüzey atomlarının bulk atomlardan daha kolay uzaklaştırılmasıdır.
Yüzey atomları birarada tutan moleküller arası kuvvetleri
yenmek için gereken toplam enerji daha azdır; dolayısıyla ergime noıktası daha
düşük olur.
Yüzey Şeklinin Önemi:
Aynı hacmin yüzey alanı malzemenin şekline bağlı oarak değişir. Basit bir örnek
aynı hacimdeki bir küre ve küptür; küpün yüzey alanı küreninkinden daha
büyüktür. Bu nedenle nanobilimde nanomalzemenin sadece boyutu değil şekli de
önemlidir. (Şekil-2)
Şekil-2: Malzeme şekli yüzey alanını etkiler (h = yükeklik, d = çap)
