Ultrazvučno nano-strukturiranje za proizvodnju poroznih metala
Sonochemistry je vrlo efikasan alat za inženjering i funkcionalizaciju nano materijala. U metalurgiji, ultrazvučno zračenje pospješuje stvaranje poroznih metala. Istraživačka grupa dr Darije Andreeve razvila je efikasnu i ekonomičnu ultrazvučnu proceduru za proizvodnju mezoporoznih metala.
Porozni metali privlače veliki interes brojnih tehnoloških grana zbog svojih izvanrednih karakteristika kao što su otpornost na koroziju, mehanička čvrstoća i sposobnost da izdrže izuzetno visoke temperature. Ova svojstva se zasnivaju na nanostrukturiranim površinama sa porama veličine samo nekoliko nanometara u prečniku. Mezoporozni materijali se odlikuju veličinama poza između 2 i 50 nm, dok mikroporozni materijali imaju veličinu pora manju od 2 nm. Međunarodni istraživački tim uključujući dr. Daria Andreeva sa Univerziteta Bayreuth (Odjel za fizičku hemiju II) uspješno je razvio težak i isplativ ultrazvučni postupak za dizajn i proizvodnju takvih metalnih struktura.
U ovom procesu metali se tretiraju u vodenom rastvoru na način da se razvijaju šupljine od nekoliko nanometara, u precizno definisanim prazninama. Za ove strukture napravljene po meri, već postoji širok spektar inovativnih primena, uključujući čišćenje vazduha, skladištenje energije ili medicinsku tehnologiju. Posebno obećavajuća je upotreba poroznih metala u nanokompozitima. Riječ je o novoj klasi kompozitnih materijala, u kojima je vrlo fina matrična struktura ispunjena česticama veličine do 20 nanometara.

Dr D. Andreeva demonstrira postupak sonikacije čvrstih čestica u vodenoj suspenziji koristeći UIP1000hd ultrazvučni aparat (20 kHz, 1000W). Slika Ch. Wißler
Gornja shema pokazuje efekte akustične kavitacije na modifikaciju metalnih čestica. Metali s niskom tačkom topljenja (MP) kao cink (Zn) su potpuno oksidirani; metali sa visokom tačkom topljenja kao što su nikl (Ni) i titanijum (Ti) pokazuju površinsku modifikaciju pod sonikacijom. Aluminij (Al) i magnezij (Mg) formiraju mezoporozne strukture. Nobelovi metali su otporni na ultrazvučno zračenje zbog svoje stabilnosti na oksidaciju. Tačke topljenja metala su određene u stepenima Kelvina (K).

ultrazvučna kavitacija u tečnosti
Slika iznad pokazuje da se ultrazvuk može koristiti i za zaštitu aluminijskih legura od korozije. Na lijevoj strani: Fotografija legure aluminija u visoko korozivnom rastvoru, ispod elektromikroskopske slike površine, na kojoj je – zbog sonikacije – formiran polielektrolitni premaz. Ovaj premaz pruža zaštitu od korozije 21 dan. Desno: Ista aluminijumska legura bez izlaganja sonikaciji. Površina je potpuno korodirana.
Činjenica da različiti metali reagiraju na dramatično različite načine na sonikaciju može se iskoristiti za inovacije u nauci o materijalima. Legure se mogu pretvoriti u nanokompozite u kojima su čestice stabilnijeg materijala uklopljene u poroznu matricu manje stabilnog metala. Tako nastaju vrlo velike površine u vrlo ograničenom prostoru, što omogućava da se ovi nanokompoziti koriste kao katalizatori. Oni utiču na naročito brze i efikasne hemijske reakcije.
Zajedno sa dr Dariom Andreevom, istraživači prof. dr Andreas Fery, dr Nicolas Pazos-Perez i Jana Schäferhans, takođe sa Katedre za fizičku hemiju II, dali su doprinos rezultatima istraživanja. Sa svojim kolegama na Max Planck institutu za koloide i sučelja u Golmu, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH i Bjeloruski državni univerzitet u Minsku, objavili su svoje najnovije rezultate online u časopisu “Nanoskala”.

ultrazvučni procesor UIP1000hd za nano-strukturiranje metala
referenca:
- Skorb, Ekaterina V.; Fix, Dimitri; Ščukin, Dmitrij G.; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitrij V.; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas ; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Sonohemijsko formiranje metalnih sunđera. Nanoskala – Advance first 3/3, 2011. 985-993.
- Wißler, Christian (2011): Visoko precizno nanostrukturiranje pomoću ultrazvuka: nova procedura za proizvodnju poroznih metala. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05. 2011.
Za dalje naučne informacije kontaktirajte: Dr. Daria Andreeva, Katedra za fizičku hemiju II Bayreuth University, 95440 Bayreuth, Njemačka – telefon: +49 (0) 921 / 55-2750
email: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
Činjenice koje vrijedi znati
Ultrazvučni homogenizatori tkiva se često nazivaju sonikator sonde, zvučni lizer, ultrazvučni disruptor, ultrazvučni mlin, sono-ruptor, sonifier, zvučni dismembrator, ćelijski disruptor, ultrazvučni disperzer ili rastvarač. Različiti pojmovi proizlaze iz različitih primjena koje se mogu ispuniti sonikacijom.
- miješanje
- Emulgirajuće
- Raspršivanje
- Deaglomeracija
- Mokro mljevenje
- Degasifikacija
- Rastvaranje
- Ekstrakcija
- Homogenizacija tkiva
- sono-fragmentacija
- fermentacija
- Purification
- sono-sinteza
- sonokataliza
- padavine
- sono-luženje
- degradacija