هيكلة نانو بالموجات فوق الصوتية لإنتاج المعادن المسامية
سونوكيمياء هي أداة فعالة للغاية لهندسة وتشغيل المواد النانوية. في علم المعادن ، يعزز التشعيع بالموجات فوق الصوتية تكوين المعادن المسامية. طورت مجموعة البحث التابعة للدكتورة داريا أندريفا إجراء فعالا وفعالا من حيث التكلفة بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإنتاج معادن مسامية.
تجذب المعادن المسامية اهتماما كبيرا من الفروع التكنولوجية المتعددة نظرا لخصائصها البارزة مثل مقاومتها للتآكل وقوتها الميكانيكية والقدرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة للغاية. تعتمد هذه الخصائص على الأسطح ذات البنية النانوية مع المسام التي يبلغ قطرها بضعة نانومتر فقط. تتميز المواد المسامية بأحجام وضع تتراوح بين 2 إلى 50 نانومتر ، في حين أن المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها لها حجم مسام أقل من 2 نانومتر. نجح فريق بحث دولي يضم الدكتورة داريا أندريفا من جامعة بايرويت (قسم الكيمياء الفيزيائية الثاني) في تطوير إجراء الموجات فوق الصوتية للخدمة الشاقة والفعالة من حيث التكلفة لتصميم وإنتاج مثل هذه الهياكل المعدنية.
في هذه العملية ، تتم معالجة المعادن في محلول مائي بطريقة تتطور فيها تجاويف بضعة نانومترات ، في فجوات محددة بدقة. بالنسبة لهذه الهياكل المصممة خصيصا ، هناك بالفعل مجموعة واسعة من التطبيقات المبتكرة ، بما في ذلك تنظيف الهواء أو تخزين الطاقة أو التكنولوجيا الطبية. واعدة بشكل خاص هو استخدام المعادن المسامية في المركبات النانوية. هذه فئة جديدة من المواد المركبة ، حيث تمتلئ بنية مصفوفة دقيقة للغاية بجزيئات يتراوح حجمها إلى 20 نانومتر.

يوضح الدكتور د. أندريفا إجراء صوتنة الجسيمات الصلبة في تعليق مائي باستخدام UIP1000hd الموجات فوق الصوتية (20 كيلو هرتز ، 1000 واط). الصورة بواسطة Ch. Wißler
يوضح المخطط أعلاه آثار التجويف الصوتي على تعديل الجزيئات المعدنية. تتأكسد المعادن ذات نقطة الانصهار المنخفضة (MP) مثل الزنك (Zn) تماما ؛ المعادن ذات نقطة انصهار عالية مثل النيكل (Ni) والتيتانيوم (Ti) تظهر تعديل السطح تحت صوتنة. الألومنيوم (Al) والمغنيسيوم (Mg) تشكل هياكل مسامية. معادن نوبل مقاومة للإشعاع بالموجات فوق الصوتية بسبب ثباتها ضد الأكسدة. يتم تحديد نقاط انصهار المعادن بالدرجات كلفن (K).

التجويف بالموجات فوق الصوتية في السائل
توضح الصورة أعلاه أنه يمكن أيضا استخدام الموجات فوق الصوتية لحماية سبائك الألومنيوم من التآكل. على اليسار: صورة سبيكة ألومنيوم في محلول شديد التآكل ، أسفل صورة مجهرية كهربائية للسطح ، والتي - بسبب صوتنة - تم تشكيل طلاء polyelectolyte. يوفر هذا الطلاء حماية ضد التآكل لمدة 21 يوما. على اليمين: نفس سبائك الألومنيوم دون التعرض للصوتنة. السطح متآكل تماما.
يمكن استغلال حقيقة أن المعادن المختلفة تتفاعل بطرق مختلفة بشكل كبير مع صوتنة للابتكارات في علوم المواد. يمكن تحويل السبائك بهذه الطريقة إلى مركبات نانوية يتم فيها تغليف جزيئات المادة الأكثر استقرارا في مصفوفة مسامية من المعدن الأقل استقرارا. وبالتالي تنشأ مساحات سطح كبيرة جدا في مساحة محدودة للغاية ، مما يسمح باستخدام هذه المركبات النانوية كمحفزات. أنها تؤثر بشكل خاص على تفاعلات كيميائية سريعة وفعالة.
جنبا إلى جنب مع الدكتورة داريا أندريفا ، ساهم الباحثون البروفيسور الدكتور أندرياس فيري والدكتور نيكولاس بازوس بيريز وجانا شافيرهانز ، أيضا من قسم الكيمياء الفيزيائية الثاني ، في نتائج البحث. مع زملائهم في معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات في غولم ، و Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH وجامعة بيلاروسيا الحكومية في مينسك ، نشروا أحدث نتائجهم على الإنترنت في المجلة “مقياس النانو”.

معالج بالموجات فوق الصوتية UIP1000hd لهيكلة المعادن النانوية
مرجع:
- سكورب ، إيكاترينا ف. ؛ الإصلاح ، ديميتري. شتشوكين ، ديمتري ج. ؛ موهوالد ، هيلموث. سفيريدوف ، ديمتري ف. ؛ موسى, رامي; واندركا ، نيليا. شيرهانز ، جانا ؛ بازوس بيريز ، نيكولاس ؛ فري ، أندرياس. أندريفا ، داريا ف. (2011): التكوين الكيميائي للإسفنج المعدني. مقياس النانو – تقدم أولا 3/3 ، 2011. 985-993.
- Wißler، Christian (2011): بنية نانوية عالية الدقة باستخدام الموجات فوق الصوتية: إجراء جديد لإنتاج معادن مسامية. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.
لمزيد من المعلومات العلمية ، يرجى الاتصال ب: د. داريا أندريفا ، قسم الكيمياء الفيزيائية II جامعة بايرويت ، 95440 بايرويت ، ألمانيا – الهاتف: +49 (0) 921 / 55-2750
البريد الإلكتروني: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
حقائق تستحق المعرفة
وغالبا ما يشار إلى مجانسات الأنسجة بالموجات فوق الصوتية باسم سونيكاتور التحقيق ، محلل صوتي ، معطل الموجات فوق الصوتية ، طاحونة بالموجات فوق الصوتية ، سونو تمزق ، سونو ، سونيفر ، ديسمبرتور صوتي ، معطل الخلية ، مشتت بالموجات فوق الصوتية أو مذيب. تنتج الشروط المختلفة عن التطبيقات المختلفة التي يمكن الوفاء بها عن طريق الصوتنة.
- خلط
- الاستحلاب
- تفريق
- إزالة التكتل
- الطحن الرطب
- إزالة الغاز
- حل
- إستخلاص
- تجانس الأنسجة
- تجزئة سونو
- تخمير
- تنقيه
- سونو التوليف
- سونو الحفز
- ترسب
- سونو الترشيح
- حط