Sonohemiju je vrlo efikasno sredstvo za inženjering i funkcionisanje nano materijala. U metalurgiji, ultrazvučni zračenje promovira formiranje porozne metala. Istraživačke grupe dr Daria Andreeva razvio efikasan i ekonomičan ultrazvuk uz pomoć postupka za proizvodnju mesoporous metala.

Porozne metala privući veliki interes mnogobrojnih tehnoloških grana zbog svojih izvanrednih karakteristika, kao što su njihove otpornosti na koroziju, mehaničku čvrstoću i sposobnost da izdrži izuzetno visoke temperature. Ova svojstva se zasnivaju na nanostrukturnih površine sa porama mjerenje samo nekoliko nanometara u promjeru. Mesoporous materijali se odlikuju veličine pozu između 2-50 nm, dok mikroporozni materijal ima veličinu pora manje nego 2nm. Međunarodni istraživački tim, uključujući dr Daria Andreeva Bayreuth Univerziteta (Odsjek za fizičku hemiju II) uspješno je razvio heavy-duty i ekonomičan postupak ultrazvuk za projektiranje i proizvodnju takvih metalnih konstrukcija.

U ovom procesu, metali se tretiraju u vodenom rastvoru na takav način da se šupljine od nekoliko nanometara evoluiraju, u precizno utvrđenim praznine. Za ove strukture tailor-made, već postoji širok spektar inovativnih aplikacija, uključujući i čišćenje zraka, skladištenje energije ili medicinske tehnologije. Posebno obećavajući je upotreba porozne metala u nanokompozita. Ovo su nove klase kompozitnih materijala, u kojoj se vrlo fine strukture matrice ispunjen čestica u rasponu veličine do 20 nanometara.

Nova tehnika koristi proces ultrazvučno generira formiranja balon, koji se naziva kavitacija u fizici (izvedeno od lat. “cavus” = “šupalj”). U pomorstvo, ovaj proces se strahuje zbog velike štete koju može izazvati na brod propelera i turbina. Za pri velikim brzinama rotacije, parna mjehurići formiraju pod vodom. Nakon kratkog perioda pod izuzetno visokim pritiskom mjehurići kolaps iznutra, tako da deformacije i metalne površine. Proces kavitacija može biti generiran pomoću ultrazvuka. Ultrazvuk se sastoji od compressional valova s ​​frekvencijama iznad zvučni opseg (20 kHz) i stvara vakuum mjehurići u vodi i vodenim otopinama. Temperaturi od nekoliko hiljada stepeni i ekstremno visoke pritiske do 1000 bara nastaju kada ovih balona implodira.

Gornja shema pokazuje efekte akustične kavitacije na modifikaciju metalnih čestica. Metali sa niskom tačkom topljenja (MP) kao cinkom (Zn) potpuno su oksidovani; metali sa visokom tačkom topljenja poput nikla (Ni) i titana (Ti) pokazuju modifikaciju površine pod sonikacijom. Aluminijum (Al) i magnezijum (Mg) formiraju mezoporozne strukture. Nobelovi metali su otporni na ultrazvučno zračenje zbog njihove stabilnosti protiv oksidacije. Tačke topljenja metala su specificirane stepenima Kelvin (K).

Precizna kontrola ovog procesa može dovesti do ciljane nanostrukture metala suspendovanih u vodenom rastvoru - s obzirom na određene fizičke i hemijske karakteristike metala. Za metale reaguje veoma različito kada se izlože takvoj sonikaciji, kako je pokazala dr Daria Andreeva zajedno sa svojim kolegama u Golmu, Berlinu i Minsku. U metalima sa visokom reaktivnošću, kao što su cink, aluminijum i magnezijum, postepeno se formira matrična struktura, stabilizovana oksidnim premazom. Na taj način se dobijaju porozni metali koji se, na primer, mogu dalje obrađivati ​​u kompozitnim materijalima. Plemeniti metali kao što su zlato, platina, srebro i paladijum se međutim ponašaju različito. Zbog svoje niske oksidacione tendencije, oni se odupiru ultrazvučnom tretmanu i zadržavaju svoje početne strukture i osobine.

Slika pokazuje da ultrazvuk može koristiti i za zaštitu aluminijskih legura od korozije. Na lijevoj: Fotografija od legure aluminijuma u visoko korozivnim rješenja, ispod nekog electomicroscopic sliku površine, na kojoj - zbog sonication - je formirana polyelectolyte premaz. Ovaj premaz nudi zaštitu od korozije za 21 dana. Na desnoj: Isti aluminijske legure bez potrebe bili izloženi sonication. Površina je potpuno korozije.

Činjenica da različite metala reagiraju na dramatično različite načine sonication može iskoristiti za inovacije u nauci o materijalima. Legure se mogu pretvoriti u takav način da nanokompozita u kojem čestice od stabilnijih materijala se uvukla u porozne matrice manje stabilne metala. Vrlo velikim površinama čime se javljaju u vrlo ograničenom prostoru, što će omogućiti da ti nanokompozita da se koriste kao katalizatori. Oni utiču na posebno brzu i efikasnu hemijske reakcije.

Zajedno sa dr Daria Andreeva, istraživači dr Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez i Jana Schäferhans, također odjela za fizičku hemiju II, doprinijeli rezultatima istraživanja. Sa svojim kolegama na Max Planck instituta koloida i interfejsi u Golm, Helmholtz-Zentrum Berlin za Materialien und Energie GmbH i State University Bjeloruski u Minsku, oni su objavili svoje najnovije rezultate u časopisu “nano”.