Study of Thermal Stability of Metallic and Composite Nanoparticles Using In-Situ Observations in a Transmission Electron Microscope

Abstract

Nanoparticles exhibit unique properties due to their small size and high surface area, making them attractive for various applications. For com- posite nanoparticles, the surface layer can significantly influence their thermal stability, which is essential for many of their applications. This study exam- ines the thermal stability of Ni nanoparticles, Ti nanoparticles with an oxide layer, and Ni@TiO2 core-shell nanoparticles using in-situ TEM annealing. In contrast to Ni nanoparticles, which begin sintering below 500 řC, Ti@TiO2 and Ni@TiO2 core-shell nanoparticles exhibit significantly higher thermal stability, withstanding temperatures up to 900 řC and 700 řC, respectively. Overall, the results confirm that the oxide shell enhances thermal stability by providing effective protection during heating.

Nanočastice vykazujú jedinečné vlastnosti vďaka svojej malej veľ- kosti a veľkému povrchu, čo umožňuje ich využitie v širokom spektre apli- kácií. V prípade kompozitných nanočastíc môže povrchová vrstva významne ovplyvniť ich tepelnú stabilitu, ktorá je nevyhnutná pre mnohé z ich aplikácií. Táto práca skúma tepelnú stabilitu nanočastíc Ni, nanočastíc Ti s oxidovou vrstvou a nanočastíc typu jadro-obal (core-shell) Ni@TiO2 pomocou in-situ TEM žíhania. Na rozdiel od nanočastíc Ni, ktoré sa začínajú spájať pod 500 řC, nanočastice Ti@TiO2 a Ni@TiO2 vykazujú výrazne vyššiu tepelnú sta- bilitu, pričom odolávajú teplotám až do 900 řC a 700 řC. Celkovo výsledky potvrdzujú, že oxidová vrstva zvyšuje tepelnú stabilitu a poskytuje účinnú ochranu počas zahrievania.