Ultraheli nano-struktureerimine porose metallide tootmiseks
Sonokheemia on väga tõhus vahend nanomaterjalide projekteerimiseks ja funktsionaliseerimiseks. Metallurgias soodustab ultraheli kiirgus poorlike metallide moodustumist. Dr Daria Andreeva uurimisgrupp töötas välja mesopoorsete metallide tootmiseks efektiivse ja kulutõhusa ultraheli abil.
Poraarsed metallid aitavad kaasa mitmekülgsete tehnoloogiliste kihtide suurele huvile nende suurepäraste omaduste tõttu, nagu nende korrosioonikindlus, mehaaniline tugevus ja suutlikkus taluda väga kõrgeid temperatuure. Need omadused põhinevad nanoosakestega pindadel, mille poorid on läbimõõduga vaid mõned nanomeetrid. Mesopoorseid materjale iseloomustab suurusega vahemikus 2 kuni 50 nm, samal ajal kui mikroporaalse materjali pooride suurus on väiksem kui 2 nm. Rahvusvaheline uurimisrühm, sealhulgas Dr. Daria Andreeva Bayreuthi ülikoolist (füüsikalise keemia õppetool II), on edukalt välja töötanud raskete ja kulutõhusate ultraheliuuringute selliste metallkonstruktsioonide projekteerimiseks ja tootmiseks.
Selles protsessis töödeldakse metalli vesilahuses selliselt, et teatud nanomeetrite õõnsused arenevad täpselt kindlaksmääratud lünkadesse. Nende kohandatud struktuuride jaoks on juba olemas laiaulatuslik uuenduslike rakenduste hulk, sealhulgas õhupuhastus, energia salvestamine või meditsiinitehnika. Eriti paljulubav on poorsete metallide kasutamine nanokomposiidides. Need on uued komposiitmaterjalide klassid, milles väga peene maatriksistruktuur täidetakse osakeste suurusega kuni 20 nanomeetrit.

Dr D. Andreeva näitab tahkete osakeste ultrahelitöötluse protseduuri vesisuspensioonis, kasutades UIP1000hd ultraheligaator (20 kHz, 1000W). Pilt Ch. Wißler
Eespool toodud skeem näitab akustilise kavitatsiooni mõju metallosakeste muutmisele. Madala sulamistemperatuuriga metallid (MP) tsinkina (Zn) on täiesti oksüdeeritud; Kõrge sulamistemperatuuriga metallid nagu nikkel (Ni) ja titaan (Ti) näitavad pinna modifitseerimist ultraheliga töötlemisel. Alumiinium (Al) ja magneesium (Mg) moodustavad mesopoorseid struktuure. Nobeli metallid on vastupidavad ultraheli kiirgusele nende oksüdatsiooni stabiilsuse tõttu. Metallide sulamistemperatuurid on määratletud Kelvin (K) kraadides.

ultraheli kavitatsioon vedelikus
Ülaltoodud pilt näitab, et ultrahelit saab kasutada ka alumiiniumsulamite kaitsmiseks korrosiooni eest. Vasakul: alumiiniumsulamit sisaldav foto väga söövitavas lahuses, pinna ekomikroskoopiline pilt allpool, mille puhul ultraheliga töötlemise tulemusena on moodustatud polüelektoliitkiht. See kate kaitseb korrosiooni eest 21 päeva. Parempoolne: sama alumiiniumisulam ilma ultrahelitöötluseta. Pind on täielikult roostes.
Asjaolu, et erinevad metallid reageerivad dramaatiliselt teistsugustele ultrahelitöötlusviisidele, saab kasutada materjaliuuringute uuendamiseks. Sulamid saab muuta selliselt nanokomposiidideks, milles stabiilsema materjali osakesed on ümbritsetud vähem stabiilse metalli poorse maatriksiga. Nii tekivad väga suured pindalad väga piiratud ruumis, mis võimaldab neid nanokomposiite kasutada katalüsaatorina. Need mõjutavad eriti kiireid ja tõhusaid keemilisi reaktsioone.
Koos dr Daria Andreeva'ga aitasid teadustöö tulemused kaasa professorid dr. Andreas Fery, dr Nicolas Pazos-Perez ja füüsika keemia II osakonna Jana Schäferhans. Kolleegidega Max Plancki kolloidide ja liideste Golmi Instituudis, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH ja Minskis Valgevene Riikliku Ülikooliga on nad avaldanud oma viimased tulemused veebiaadressil “Nanoskaala”.

Ultraheli protsessor UIP1000hd metallide nano-struktureerimiseks
Viide:
- Skorb, Ekaterina V .; Fix, Dimitri; Shchukin, Dmitry G .; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitri V .; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): metallkäsnade sonokheemiline moodustumine. Nanoskaala – Eelnevad esimesed 3/3, 2011. 985-993.
- Wißler, Christian (2011): väga täpsed nanostruktuurid ultraheli abil: uus meetod poorsete metallide tootmiseks. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05. 2011.
Täiendava teadusliku teabe saamiseks võtke palun ühendust: dr. Daria Andreeva, füüsikalise keemia õppetool II Bayreuthi ülikool, 95440 Bayreuth, Saksamaa – Tel: +49 (0) 921 / 55-2750
email: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
Faktid Tasub teada
Ultraheli koe homogenisaatorite nimetatakse tihti sondi sonicatoriks, sonic lüseriks, ultraheli purunemiseks, ultraheli veskiks, sono-ruptoriks, soniktoriks, heli dismembraatoriks, raku hävitajaks, ultraheli dispergeeriks või lahustiks. Erinevad terminid tulenevad erinevatest rakendustest, mida ultraheliga saab täita.
- Segamine
- emulgeerivad
- hajutamine
- Deagglomeration
- märg-freesimine
- Degasifitseerimine
- lahustub
- kaevandamine
- Koe homogeniseerimine
- Sono-killustatus
- Fermentatsioon
- Puhastamine
- Sono-süntees
- Sono-katalüüs
- Sademed
- Sono-leotamine
- Lagunemine