Məsaməli metallar istehsal etmək üçün ultrasəs nano-strukturlaşdırma

Sonokimya nano materialların mühəndisliyi və funksionallaşdırılması üçün çox effektiv vasitədir. Metallurgiyada ultrasəs şüalanması məsaməli metalların əmələ gəlməsinə kömək edir. Doktor Daria Andreevanın tədqiqat qrupu mezoporoz metalların istehsalı üçün effektiv və sərfəli ultrasəs köməyi ilə prosedur hazırladı.

Məsaməli metallar korroziyaya davamlılığı, mexaniki gücü və həddindən artıq yüksək temperaturlara tab gətirmə qabiliyyəti kimi üstün xüsusiyyətlərinə görə manifold texnoloji sahələrinin böyük marağına səbəb olur. Bu xüsusiyyətlər diametri cəmi bir neçə nanometr olan məsamələri olan nanostrukturlu səthlərə əsaslanır. Mesoporous materiallar 2 ilə 50 nm arasında poza ölçüləri ilə xarakterizə olunur, mikroməsaməli material isə 2nm-dən az məsamə ölçüsünə malikdir. Bayreuth Universitetinin (II Fiziki Kimya Departamenti) Dr. Daria Andreevanın da daxil olduğu beynəlxalq tədqiqat qrupu bu cür metal konstruksiyaların dizaynı və istehsalı üçün ağır və sərfəli ultrasəs prosedurunu uğurla inkişaf etdirmişdir.

Bu prosesdə metallar sulu məhlulda elə müalicə olunur ki, dəqiq müəyyən edilmiş boşluqlarda bir neçə nanometrlik boşluqlar təkamül etsin. Bu xüsusi hazırlanmış strukturlar üçün artıq geniş spektrli innovativ tətbiqlər, o cümlədən havanın təmizlənməsi, enerjinin saxlanması və ya tibbi texnologiya mövcuddur. Nanokompozitlərdə məsaməli metalların istifadəsi xüsusilə perspektivlidir. Bunlar çox incə matris strukturunun ölçüsü 20 nanometrə qədər dəyişən hissəciklərlə doldurulduğu kompozit materialların yeni sinfidir.

Yeni texnika fizikada kavitasiya adlanan (lat. “cavus” = “içi boş”). Dənizçilikdə bu proses gəmi pərvanələrinə və turbinlərinə böyük ziyan vurduğu üçün qorxuludur. Çox yüksək fırlanma sürətlərində su altında buxar qabarcıqları əmələ gəlir. Çox yüksək təzyiq altında qısa müddətdən sonra baloncuklar içəriyə çökür və beləliklə metal səthləri deformasiya edir. Prosesi kavitasiya ultrasəs vasitəsilə də yaradıla bilər. Ultrasəs səsli diapazondan (20 kHz) yuxarı tezliklərə malik sıxılma dalğalarından ibarətdir və suda və sulu məhlullarda vakuum qabarcıqları yaradır. Bu qabarcıqlar partlayanda bir neçə min dərəcə santigrad temperatur və 1000 bara qədər həddindən artıq yüksək təzyiq yaranır.

Yuxarıdakı sxem akustik kavitasiyanın metal hissəciklərinin modifikasiyasına təsirini göstərir. Sink (Zn) kimi aşağı ərimə nöqtəsi (MP) olan metallar tamamilə oksidləşir; nikel (Ni) və titan (Ti) kimi yüksək ərimə nöqtəsi olan metallar sonication altında səth modifikasiyası nümayiş etdirir. Alüminium (Al) və maqnezium (Mg) mezoporoz strukturlar əmələ gətirir. Nobel metalları oksidləşməyə qarşı sabitliyinə görə ultrasəs şüalanmasına davamlıdır. Metalların ərimə nöqtələri Kelvin (K) dərəcələri ilə müəyyən edilir.

Bu prosesin dəqiq nəzarəti metalların müəyyən fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərini nəzərə alaraq sulu məhlulda dayandırılmış metalların məqsədyönlü nanostrukturlaşdırılmasına səbəb ola bilər. Doktor Daria Andreevanın Golm, Berlin və Minskdəki həmkarları ilə birlikdə göstərdiyi kimi, metallar belə sonikasiyaya məruz qaldıqda çox fərqli reaksiya verirlər. Sink, alüminium və maqnezium kimi yüksək reaktivliyə malik metallarda oksid örtüyü ilə sabitləşən matris strukturu tədricən formalaşır. Bu, məsələn, kompozit materiallarda daha da emal oluna bilən məsaməli metallarla nəticələnir. Qızıl, platin, gümüş və palladium kimi nəcib metallar fərqli davranırlar. Aşağı oksidləşmə meylinə görə, onlar ultrasəs müalicəsinə müqavimət göstərir və ilkin strukturlarını və xüsusiyyətlərini saxlayırlar.

Yuxarıdakı şəkil göstərir ki, ultrasəs alüminium ərintilərinin korroziyadan qorunması üçün də istifadə edilə bilər. Solda: Yüksək korroziyalı məhlulda alüminium ərintinin fotoşəkili, səthin elektromikroskopik təsvirinin altında, sonikasiya nəticəsində polielektrolit örtüyü əmələ gəlmişdir. Bu örtük 21 gün ərzində korroziyaya qarşı qorunma təmin edir. Sağda: Sonikasiyaya məruz qalmadan eyni alüminium ərintisi. Səth tamamilə korroziyaya məruz qalıb.

Fərqli metalların sonikasiyaya kəskin şəkildə fərqli reaksiya verməsi faktı material elmindəki yeniliklər üçün istifadə edilə bilər. Ərintilər, daha sabit materialın hissəciklərinin daha az dayanıqlı metalın məsaməli matrisində örtüldüyü nanokompozitlərə çevrilə bilər. Beləliklə, çox məhdud məkanda çox böyük səth sahələri yaranır ki, bu da bu nanokompozitlərdən katalizator kimi istifadə etməyə imkan verir. Xüsusilə sürətli və effektiv kimyəvi reaksiyalara təsir göstərirlər.

Dr. Daria Andreeva ilə birlikdə Fiziki Kimya II departamentindən olan tədqiqatçılar Prof. Dr. Andreas Feri, Dr. Nicolas Pazos-Perez və Jana Schäferhans tədqiqat nəticələrinə öz töhfələrini verdilər. Qolmdakı Maks Plank adına Kolloidlər və İnterfeyslər İnstitutu, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH və Minskdəki Belarus Dövlət Universitetindəki həmkarları ilə birlikdə jurnalda onlayn olaraq ən son nəticələrini dərc etdilər. “Nanoölçülü”.