Ултразвуково наноструктуриране за производство на порести метали
Сонохимия е много ефективен инструмент за инженеринг и функционализация на нано материали. В металургията ултразвуковото облъчване насърчава образуването на порести метали. Изследователската група на д-р Дария Андреева разработи ефективна и рентабилна ултразвукова процедура за получаване на мезопористи метали.
Порестите метали привличат голям интерес от многобройните технологични отрасли поради изключителните си характеристики като устойчивост на корозия, механична якост и способност да издържат на изключително високи температури. Тези свойства се основават на наноструктурираните повърхности с пори с диаметър само няколко нанометра. Мезопористите материали се характеризират с размери на позите между 2 и 50 nm, докато микропорестият материал има размер на порите по-малък от 2 nm. Международен изследователски екип, включващ д-р Дария Андреева от Университета в Байройт (Катедра по физикохимия II), успешно разработи тежка и рентабилна ултразвукова процедура за проектиране и производство на такива метални конструкции.
В този процес металите се обработват във воден разтвор по такъв начин, че да се развият кухини от няколко нанометра в точно определени пролуки. За тези специално изработени конструкции вече има широк спектър от иновативни приложения, включително пречистване на въздуха, съхранение на енергия или медицински технологии. Особено обещаващо е използването на порести метали в нанокомпозити. Това е нов клас композитни материали, в които много фина матрична структура е изпълнена с частици с размери до 20 нанометра.

Д-р Д. Андреева демонстрира процедурата за ултразвук на твърди частици във водна суспензия с помощта на UIP1000hd ултразвуков апарат (20 kHz, 1000W). Снимка от Ch. Wißler

Схематично представяне на ефектите на акустичната кавитация върху модификация на метални частици.
Снимка: д-р Д. Андреева
Схемата по-горе показва ефектите на акустичната кавитация върху модификацията на металните частици. Металите с ниска точка на топене (MP) като цинк (Zn) се окисляват напълно; метали с висока точка на топене като никел (Ni) и титан (Ti) показват повърхностна модификация при ултразвук. Алуминият (Al) и магнезият (Mg) образуват мезопорести структури. Нобелските метали са устойчиви на ултразвуково облъчване поради тяхната стабилност срещу окисляване. Точките на топене на металите са посочени в градуси Келвин (K).

ултразвукова кавитация в течност
Снимката по-горе показва, че ултразвукът може да се използва и за защита на алуминиеви сплави от корозия. Вляво: Снимка на алуминиева сплав в силно корозивен разтвор, под електромикроскопично изображение на повърхността, върху която – поради ултразвука – се е образувало полиелектролитно покритие. Това покритие предлага защита срещу корозия за 21 дни. Вдясно: Същата алуминиева сплав, без да е била изложена на ултразвук. Повърхността е напълно корозирала.
Фактът, че различните метали реагират по драстично различни начини на ултразвук, може да бъде използван за иновации в материалознанието. Сплавите могат да бъдат превърнати по такъв начин в нанокомпозити, в които частици от по-стабилния материал са обвити в пореста матрица от по-малко стабилния метал. По този начин много големи повърхности възникват в много ограничено пространство, което позволява тези нанокомпозити да се използват като катализатори. Те действат особено бързи и ефективни химични реакции.
Заедно с д-р Дария Андреева, изследователите проф. д-р Андреас Фери, д-р Никола Пазос-Перес и Яна Шеферханс, също от катедра "Физикохимия II", допринесоха за резултатите от изследването. Заедно с колегите си от Института по колоиди и интерфейси "Макс Планк" в Голм, Хелмхолц-Център в Берлин за материали и енергия GmbH и Беларуския държавен университет в Минск, те публикуваха най-новите си резултати онлайн в списанието “Наномащаб”.

ултразвуков процесор UIP1000hd за наноструктуриране на метали
Препратка:
- Скорб, Екатерина В.; Поправете, Дмитрий; Щукин, Дмитрий Г.; Möhwald, Helmuth; Свиридов, Дмитрий В.; Муса, Рами; Вандерка, Нелия; Шеферханс, Яна; Пазос-Перес, Никола ; Фери, Андреас; Андреева, Дария В. (2011): Сонохимично образуване на метални гъби. Наномащаб – Advance first 3/3, 2011. 985-993.
- Wißler, Christian (2011): Високопрецизно наноструктуриране с помощта на ултразвук: нова процедура за производство на порести метали. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.
За допълнителна научна информация, моля свържете се с: Д-р Дария Андреева, Катедра по физикохимия II Байройтски университет, 95440 Байройт, Германия – тел.: +49 (0) 921? 55-2750
Електронна поща: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
Факти, които си струва да знаете
Ултразвуковите хомогенизатори на тъкани често се наричат сонден сонникатор, звуков лизьор, ултразвуков разрушител, ултразвукова мелница, соно-руптор, сонификатор, звуков дисмембранатор, клетъчен разрушител, ултразвуков диспергатор или разтворител. Различните термини са резултат от различните приложения, които могат да бъдат изпълнени чрез ултразвук.
- смесване
- Емулгиране
- Разпръскване
- деагломерация
- мокро фрезоване
- Дегазация
- разтваряне
- Екстракция
- Хомогенизиране на тъканите
- Сонофрагментация
- ферментация
- пречистване
- Соно-синтез
- сонокатализа
- утаяване
- Соно-извличане
- Деградация