Nano-Estructuración Ultrasónica para la Producción de Metales Porosos
Sonoquímica es una herramienta muy eficaz para la ingeniería y funcionalización de nanomateriales. En metalurgia, la irradiación ultrasónica favorece la formación de metales porosos. El grupo de investigación de la Dra. Daria Andreeva desarrolló un procedimiento eficaz y rentable asistido por ultrasonidos para producir metales mesoporosos.
Los metales porosos despiertan el interés de múltiples ramas tecnológicas debido a sus extraordinarias características, como su resistencia a la corrosión, su solidez mecánica y su capacidad para soportar temperaturas extremadamente altas. Estas propiedades se basan en superficies nanoestructuradas con poros de unos pocos nanómetros de diámetro. Los materiales mesoporosos se caracterizan por poseer tamaños de entre 2 y 50 nm, mientras que los microporosos tienen un tamaño de poro inferior a 2nm. Un equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra la Dra. Daria Andreeva, de la Universidad de Bayreuth (Departamento de Química Física II), ha desarrollado con éxito un procedimiento de ultrasonidos muy eficaz y rentable para el diseño y la producción de este tipo de estructuras metálicas.
En este proceso, los metales se tratan en una solución acuosa de tal manera que evolucionan cavidades de unos pocos nanómetros, en huecos definidos con precisión. Para estas estructuras a medida ya existe un amplio espectro de aplicaciones innovadoras, como la limpieza del aire, el almacenamiento de energía o la tecnología médica. Especialmente prometedor es el uso de metales porosos en nanocomposites. Se trata de una nueva clase de materiales compuestos en los que una estructura matricial muy fina se rellena con partículas de hasta 20 nanómetros.

La Dra. D. Andreeva demuestra el procedimiento de sonicación de partículas sólidas en una suspensión acuosa utilizando el UIP1000hd ultrasonidos (20 kHz, 1000 W). Fotografía de Ch. Wißler

Presentación esquemática de los efectos de la cavitación acústica en la modificación de partículas metálicas.
Fotografía de la Dra. D. Andreeva
El esquema anterior muestra los efectos de la cavitación acústica en la modificación de partículas metálicas. Los metales con bajo punto de fusión (PM), como el zinc (Zn), se oxidan completamente; los metales con alto punto de fusión, como el níquel (Ni) y el titanio (Ti), presentan modificación superficial bajo sonicación. El aluminio (Al) y el magnesio (Mg) forman estructuras mesoporosas. Los metales Nobel son resistentes a la irradiación ultrasónica debido a su estabilidad frente a la oxidación. Los puntos de fusión de los metales se especifican en grados Kelvin (K).

Cavitación ultrasónica en líquido
La imagen de arriba muestra que los ultrasonidos también pueden utilizarse para proteger las aleaciones de aluminio contra la corrosión. A la izquierda: La foto de una aleación de aluminio en una solución altamente corrosiva, debajo una imagen electomicroscópica de la superficie, en la que -debido a la sonicación- se ha formado un recubrimiento de polielectolito. Este revestimiento ofrece una protección contra la corrosión durante 21 días. A la derecha: La misma aleación de aluminio sin haber sido expuesta a la sonicación. La superficie está completamente corroída.
El hecho de que distintos metales reaccionen de forma radicalmente distinta a la sonicación puede aprovecharse para introducir innovaciones en la ciencia de los materiales. Las aleaciones pueden convertirse así en nanocompuestos en los que partículas del material más estable se encajan en una matriz porosa del metal menos estable. Así surgen superficies muy grandes en un espacio muy limitado, lo que permite utilizar estos nanocompuestos como catalizadores. Sus reacciones químicas son especialmente rápidas y eficaces.
Junto con la Dra. Daria Andreeva, han contribuido a los resultados de la investigación los investigadores Prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez y Jana Schäferhans, también del departamento de Química Física II. Junto con sus colegas del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces de Golm, el Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH y la Universidad Estatal Bielorrusa de Minsk, han publicado en línea sus últimos resultados en la revista “Nanoescala”.

procesador ultrasónico UIP1000hd para la nanoestructuración de metales
Referencia:
- Skorb, Ekaterina V.; Fix, Dimitri; Shchukin, Dmitry G.; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitry V.; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas ; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Formación sonoquímica de esponjas metálicas. Nanoscale – Avance primero 3/3, 2011. 985-993.
- Wißler, Christian (2011): Nanoestructuración de alta precisión mediante ultrasonidos: nuevo procedimiento para producir metales porosos. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.
Para más información científica, póngase en contacto con Dra. Daria Andreeva, Departamento de Química Física II Universidad de Bayreuth, 95440 Bayreuth, Alemania – Teléfono +49 (0) 921 / 55-2750
correo electrónico: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
Información interesante
A los homogeneizadores ultrasónicos también se los denomina frecuentemente como sonicador de sonda, sonolisador, fraccionador por ultrasonidos, pulverizador ultrasónico, sonoruptor, sonificador, disgregador ultrasónico, fraccionador celular, dispersor ultrasónico o mezclador por ultrasonidos. Estos términos provienen de las distintas aplicaciones que se pueden llevar a cabo por sonicación.
- mezcla
- Emulsión
- Dispersión
- desaglomeración
- molienda húmeda
- Desgasificación
- disolución
- Extracción
- Homogeneizar tejidos
- Sonofragmentación
- Fermentación
- Purificación
- sonosíntesis
- Sonocatálisis
- Precipitación
- Sonolixiviación
- Degradación