كيمياء السونوم هو أداة فعالة جدا للهندسة وfunctionalization من مواد النانو. في علم المعادن، وأشعة بالموجات فوق الصوتية يعزز تشكيل المعادن التي يسهل اختراقها. وضعت مجموعة أبحاث الدكتور داريا أندريفا إجراء فعال وفعالة من حيث التكلفة بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإنتاج المعادن mesoporous.

المعادن مسامية جذب اهتمام عالية من الفروع التكنولوجية المتعددة نظرا لخصائصها البارزة مثل مقاومة التآكل، والقوة الميكانيكية والقدرة على تحمل درجات حرارة عالية جدا. وتستند هذه الخصائص على الأسطح ذات البنية النانومترية مع المسام قياس فقط بضعة نانومتر في القطر. وتتميز المواد Mesoporous عن أحجام قفة بين 2-50 نانومتر، بينما المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها لديها حجم المسام أقل من 2nm. فريق بحث دولي من بينهم الدكتور داريا أندريفا من جامعة بايرويت (قسم الكيمياء الفيزيائية II) وقد وضعت بنجاح الثقيلة وإجراء الموجات فوق الصوتية فعالة من حيث التكلفة لتصميم وإنتاج الهياكل المعدنية من هذا القبيل.

في هذه العملية، يتم التعامل مع المعادن في محلول مائي في مثل هذه الطريقة التي تجاويف بضعة نانومتر تتطور، في ثغرات محددة بدقة. لهذه الهياكل مصممة خصيصا، هو بالفعل هناك مجموعة واسعة من التطبيقات المبتكرة، بما في ذلك تنظيف الهواء، وتخزين الطاقة أو التكنولوجيا الطبية. اعدة بشكل خاص هو استخدام المعادن مسامية في النانوية. هذه هي فئة جديدة من المواد المركبة، والذي شغل في بنية مصفوفة بشكل جيد جدا مع جزيئات يتراوح حجمها ما يصل إلى 20 نانومتر.

تقنية جديدة تستخدم عملية تشكيل فقاعة لدت بالموجات فوق الصوتية، الذي يسمى التجويف في الفيزياء (مشتقة من خطوط الطول. “خمصي” = “أجوف”). في الملاحة البحرية، ويخشى هذه العملية بسبب الضرر الكبير الذي يمكن أن يسبب لمراوح السفن والتوربينات. لبسرعة دوران عالية جدا، وتشكل فقاعات البخار تحت الماء. بعد فترة قصيرة تحت ضغط عال للغاية انهيار فقاعات داخليا، وبالتالي تشويه الأسطح المعدنية. عملية التجويف كما يمكن إنشاؤها باستخدام الموجات فوق الصوتية. وتتكون الموجات فوق الصوتية موجات الانضغاطية مع ترددات أعلى من المعدل مسموعة (20 كيلو هرتز) ويولد فقاعات فراغ في الماء والمحاليل المائية. درجات الحرارة لعدة آلاف درجة مئوية الضغوط وعالية جدا تصل إلى 1000 شريط تنشأ عندما تنفجر هذه الفقاعات.

يوضح المخطط أعلاه تأثيرات التجويف الصوتي على تعديل الجسيمات المعدنية. تكون المعادن ذات نقطة الانصهار المنخفضة (MP) مثل الزنك (Zn) مؤكسدة بالكامل ؛ المعادن مع نقطة انصهار عالية مثل النيكل (ني) و titanium (Ti) تعديل سطح المعرض تحت صوتنة. الألمنيوم (Al) والمغنيسيوم (Mg) تشكل هياكل mesoporous. المعادن النبيلة مقاومة للإشعاع فوق الصوتي بسبب ثباتها ضد الأكسدة. يتم تحديد نقاط انصهار المعادن بالدرجات كلفن (K).

قد يؤدي التحكم الدقيق في هذه العملية إلى تصميم نانوي مستهدف للمعادن المعلقة في محلول مائي - مع الأخذ في الاعتبار بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن. تتفاعل المعادن بشكل مختلف تمامًا عند تعريضها لمثل هذا الصوت ، كما أظهرت الدكتورة داريا أندريفا مع زملائها في جولم وبرلين ومينسك. في المعادن ذات التفاعل العالي مثل الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم ، يتشكل هيكل المصفوفة تدريجيا ، ويستقر بواسطة طبقة أكسيد. وهذا يؤدي إلى معادن مسامية يمكن معالجتها على سبيل المثال في المواد المركبة. ومع ذلك ، تتصرف المعادن النبيلة مثل الذهب والبلاتين والفضة والبلاديوم بشكل مختلف. بسبب ميلها المنخفض للأكسدة ، فهي تقاوم المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتحتفظ بهياكلها وخصائصها الأولية.

الصورة أعلاه تبين أن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تستخدم أيضا لحماية سبائك الألومنيوم ضد التآكل. على اليسار: الصورة من سبائك الألومنيوم في حل ضارة للغاية، أدناه صورة electomicroscopic من السطح، والتي - بسبب صوتنة - تم تشكيل لطلاء polyelectolyte. هذا الطلاء يوفر الحماية ضد التآكل لمدة 21 يوما. على اليمين: نفس سبائك الألومنيوم دون الحاجة تعرضت لصوتنة. وتآكل السطح تماما.

يمكن استغلال حقيقة أن المعادن المختلفة تتفاعل بطرق مختلفة اختلافًا كبيرًا في الصوتنة من أجل الابتكارات في علم المواد. يمكن تحويل السبائك بطريقة تشبه المركبات النانوية التي يتم فيها تغليف جزيئات المادة الأكثر ثباتًا في مصفوفة مسامية من المعدن الأقل استقرارًا. وهكذا تنشأ مناطق سطحية كبيرة جدا في حيز محدود للغاية ، مما يسمح باستخدام هذه المركبات النانوية كمحفزات. أنها تؤثر خاصة التفاعلات الكيميائية سريعة وفعالة.

جنبا إلى جنب مع الدكتور داريا أندريفا، والباحثين الأستاذ الدكتور أندرياس فيرى الدكتور نيكولا باسوس بيريز وجانا Schäferhans، وهو أيضا من قسم الكيمياء الفيزيائية II، ساهم في نتائج البحث. مع زملائهم في معهد ماكس بلانك للالغروية واجهات في Golm، وهيلمهولتز-Zentrum يقع برلين FÜR Materialien اوند اينرجي محدودة، وجامعة ولاية البيلاروسية في مينسك، فقد نشرت أحدث نتائجها على الانترنت في دورية “النانو”.