Perbedaan gaya kohesif antara serbuk yang berbeda disebabkan oleh jenis dan kekuatan gaya antarpartikel (gaya van der Waals, gaya kapiler, gaya elektrostatis, dll.), dan faktor-faktor yang mempengaruhi intinya meliputi ukuran partikel, kekasaran permukaan, kadar air, dan sifat material, sehingga menghasilkan gaya kohesif yang dapat menjangkau beberapa kali lipat (dari 10 ⁻⁶ N hingga 10 ⁻¹ N). Perbedaan tersebut dapat dijelaskan secara kuantitatif melalui indeks fitur agregasi, tegangan permukaan, dan model koreksi kekasaran.
Ukuran partikel: 5um adalah batas kunci kekuatan gaya kohesif
Serbuk ultra halus dengan ukuran partikel kurang dari 5um memiliki indeks karakteristik agregasi yang meningkat secara signifikan karena luas permukaan spesifiknya yang besar dan gaya van der Waals mendominasi gaya kohesifnya. Eksperimen telah menunjukkan bahwa ketika diameter partikel berkurang dari 10 μm menjadi 2 μm, bilangan aglomerasi (rasio gaya interaksi partikel terhadap gravitasi) dapat ditingkatkan tiga kali lipat, sehingga bubuk bertransisi dari keadaan "aliran bebas" ke keadaan "aglomerasi kuat".
Misalnya, kohesinano titanium dioksida(ukuran partikel~20nm) lebih dari 100 kali lipat titanium dioksida berukuran mikrometer, karena tingginya proporsi atom yang terpapar pada permukaan partikel halus dan interaksi antarmolekul yang lebih kuat. Untuk bubuk dengan ukuran partikel lebih besar dari 5 μm, gaya gravitasi melebihi gaya van der Waals, dan gaya kohesif terutama ditentukan oleh gigitan dan gesekan mekanis. Indeks karakteristik aglomerasi mendekati 1, dan kemampuan mengalirnya baik.
Kekasaran permukaan: "peredam kohesif" untuk bubuk kering
Kekuatan kohesif partikel permukaan halus terutama berasal dari interaksi antarmolekul langsung, sedangkan tonjolan mikro (kekasaran>10nm) pada permukaan bubuk asli secara signifikan melemahkan efek ini. Perhitungan teoritis menunjukkan bahwa adhesi kering manik-manik kaca kasar hanya 1/10 dari bola halus, karena badan mikro cembung melindungi gaya van der Waals, mengurangi area kontak efektif menjadi kurang dari 10% area semu. Misalnya, bubuk aluminium berbentuk bola (kekasaran permukaan Ra=0,1 μm) yang digiling dengan aliran udara memiliki gaya kohesif 40% lebih rendah dan peningkatan kemampuan mengalir yang lebih signifikan dibandingkan bubuk aluminium tidak beraturan (Ra=1,2um) yang digiling dengan penggilingan mekanis.
Kadar air: gaya kapiler memicu "langkah seperti pertumbuhan" gaya kohesif
Sejumlah kecil air (<5%) akan membentuk jembatan cair antar partikel, menghasilkan kohesi kapiler jauh melampaui keadaan kering. Untuk bubuk manik kaca, penambahan kelembapan 0,5% dapat meningkatkan gaya kohesif dari 10 ⁻⁵ N menjadi 10 ⁻² N, yang ditentukan dengan rumus cap-2 πγ LVRcos θ, dengan tegangan permukaan γ - LV dan sudut kontak θ adalah parameter utamanya. Misalnya gaya kohesif pasir kuarsa dalam keadaan kering hanya 0,01N. Setelah menambahkan air hingga 2%, gaya kohesif dapat mencapai 0,3N karena adanya jembatan kapiler, yang cukup untuk membentuk struktur "istana pasir" yang stabil. Namun bila kadar air melebihi 15%, partikel-partikel tersebut seluruhnya diselimuti oleh lapisan air, dan gaya kapiler berkurang, sedangkan gaya kohesif didominasi oleh daya apung.
Sifat material: tegangan permukaan dan pengaruh pengaturan kelompok kimia
Perbedaan energi permukaan bahan yang berbeda menghasilkan nilai dasar kohesif yang berbeda pula. Misalnya, serbuk logam (seperti bubuk tembaga, energi permukaan γ _SV-1J/m ²) memiliki kekuatan kohesif 30 kali lebih tinggi dibandingkan bubuk polimer (seperti polietilen, γ _SV-0,03J/m ²). Bubuk yang mengandung gugus fungsi khusus (seperti silika terhidroksilasi) memiliki kohesi lebih dari 50% lebih tinggi dibandingkan bubuk non-polar serupa karena ikatan hidrogen. Resin berbahan dasar air seperti SV-6145 dapat meningkatkan kemampuan mengalir lapisan sekaligus mempertahankan daya rekat dengan mengurangi kohesi (sambil mempertahankan kelompok penahan). Prinsip desainnya adalah menggunakan kelompok energi permukaan rendah untuk melemahkan tarikan antarpartikel.
SAT NANO adalah pemasok bubuk oksida terbaik di Cina, kami dapat menawarkan ukuran partikel nano dan mikro. Jika Anda memiliki pertanyaan tentang bubuk al2o3, bubuk tio2, dan bubuk sio2, jangan ragu untuk menghubungi kami di sales03@satnano.com
