છિદ્રાળુ ધાતુઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક નેનો-સ્ટ્રક્ચરિંગ

સોનોકેમિસ્ટ્રી નેનો મટિરિયલના એન્જિનિયરિંગ અને ફંક્શનલાઇઝેશન માટે ખૂબ જ અસરકારક સાધન છે. ધાતુશાસ્ત્રમાં, અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશન છિદ્રાળુ ધાતુઓની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે. ડૉ. ડારિયા એન્ડ્રીવાના સંશોધન જૂથે મેસોપોરસ ધાતુઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે અસરકારક અને ખર્ચ-કાર્યક્ષમ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત પ્રક્રિયા વિકસાવી છે.

છિદ્રાળુ ધાતુઓ તેમની ઉત્કૃષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ જેમ કે તેમની કાટ પ્રતિકાર, યાંત્રિક શક્તિ અને અતિશય ઊંચા તાપમાનનો સામનો કરવાની ક્ષમતાને કારણે મેનીફોલ્ડ તકનીકી શાખાઓમાં વધુ રસ આકર્ષે છે. આ ગુણધર્મો નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સપાટીઓ પર આધારિત છે જેમાં છિદ્રો માત્ર થોડા નેનોમીટર વ્યાસમાં છે. મેસોપોરસ સામગ્રી 2 થી 50 nm વચ્ચેના પોઝના કદ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જ્યારે માઇક્રોપોરસ સામગ્રીનું છિદ્રનું કદ 2nm કરતા ઓછું હોય છે. બાયરુથ યુનિવર્સિટી (ડિપાર્ટમેન્ટ ઑફ ફિઝિકલ કેમિસ્ટ્રી II) ના ડૉ. ડારિયા એન્ડ્રીવા સહિતની આંતરરાષ્ટ્રીય સંશોધન ટીમે આવા ધાતુના બંધારણોની રચના અને ઉત્પાદન માટે ભારે-કુર અને ખર્ચ-કાર્યક્ષમ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રક્રિયા સફળતાપૂર્વક વિકસાવી છે.

આ પ્રક્રિયામાં, ધાતુઓને જલીય દ્રાવણમાં એવી રીતે ગણવામાં આવે છે કે અમુક નેનોમીટરની પોલાણ ચોક્કસ રીતે વ્યાખ્યાયિત અંતરમાં વિકસિત થાય છે. આ ટેલર-મેઇડ સ્ટ્રક્ચર્સ માટે, એર ક્લિનિંગ, એનર્જી સ્ટોરેજ અથવા મેડિકલ ટેક્નોલૉજી સહિત નવીન એપ્લીકેશન્સનો વ્યાપક સ્પેક્ટ્રમ પહેલેથી જ છે. ખાસ કરીને આશાસ્પદ નેનોકોમ્પોઝીટ્સમાં છિદ્રાળુ ધાતુઓનો ઉપયોગ છે. આ સંયુક્ત સામગ્રીનો નવો વર્ગ છે, જેમાં 20 નેનોમીટર સુધીના કદના કણોથી ખૂબ જ સુંદર મેટ્રિક્સ માળખું ભરેલું છે.

નવી ટેકનિક અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટેડ બબલ નિર્માણની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરે છે, જેને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પોલાણ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે (lat માંથી ઉતરી આવ્યું છે. “cavus” = “હોલો”). દરિયાઈ મુસાફરીમાં, આ પ્રક્રિયાને કારણે શિપ પ્રોપેલર્સ અને ટર્બાઈનને મોટા પ્રમાણમાં નુકસાન થવાની આશંકા છે. ખૂબ જ ઊંચી પરિભ્રમણ ગતિ માટે, વરાળ પરપોટા પાણીની નીચે રચાય છે. અત્યંત ઊંચા દબાણ હેઠળ ટૂંકા ગાળા પછી પરપોટા અંદરથી તૂટી જાય છે, આમ ધાતુની સપાટીઓ વિકૃત થાય છે. ની પ્રક્રિયા પોલાણ અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને પણ જનરેટ કરી શકાય છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ શ્રાવ્ય શ્રેણી (20 kHz) થી ઉપરની આવર્તન સાથે સંકોચનીય તરંગોથી બનેલું છે અને પાણી અને જલીય દ્રાવણમાં વેક્યુમ પરપોટા ઉત્પન્ન કરે છે. જ્યારે આ પરપોટા ફૂટે છે ત્યારે કેટલાક હજાર ડિગ્રી સેન્ટીગ્રેડનું તાપમાન અને 1000 બાર સુધીના અત્યંત ઊંચા દબાણો ઉદ્ભવે છે.

ઉપરની યોજના ધાતુના કણોના ફેરફાર પર એકોસ્ટિક પોલાણની અસરો દર્શાવે છે. ઝીંક (Zn) તરીકે ઓછા ગલનબિંદુ (MP) ધરાવતી ધાતુઓ સંપૂર્ણપણે ઓક્સિડાઇઝ્ડ હોય છે; નિકલ (Ni) અને ટાઇટેનિયમ (Ti) જેવા ઉચ્ચ ગલનબિંદુ ધરાવતી ધાતુઓ સોનિકેશન હેઠળ સપાટીમાં ફેરફાર દર્શાવે છે. એલ્યુમિનિયમ (Al) અને મેગ્નેશિયમ (Mg) મેસોપોરસ સ્ટ્રક્ચર બનાવે છે. નોબેલ ધાતુઓ ઓક્સિડેશન સામે તેમની સ્થિરતાને કારણે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇરેડિયેશન સામે પ્રતિરોધક છે. ધાતુઓના ગલનબિંદુઓ ડિગ્રી કેલ્વિન (K) માં નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે.

આ પ્રક્રિયાના ચોક્કસ નિયંત્રણથી ધાતુઓની અમુક ભૌતિક અને રાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓને જોતાં જલીય દ્રાવણમાં સસ્પેન્ડ કરાયેલી ધાતુઓની લક્ષિત નેનોસ્ટ્રક્ચરિંગ થઈ શકે છે. જ્યારે ડો. ડારિયા એન્ડ્રીવાએ ગોલ્મ, બર્લિન અને મિન્સ્કમાં તેના સાથીદારો સાથે મળીને બતાવ્યું છે કે આવા સોનિકેશનના સંપર્કમાં આવે ત્યારે ધાતુઓ ખૂબ જ અલગ રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે. ઝીંક, એલ્યુમિનિયમ અને મેગ્નેશિયમ જેવી ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયાશીલતા ધરાવતી ધાતુઓમાં, એક મેટ્રિક્સ માળખું ધીમે ધીમે રચાય છે, જે ઓક્સાઇડ કોટિંગ દ્વારા સ્થિર થાય છે. આ છિદ્રાળુ ધાતુઓમાં પરિણમે છે જે દાખલા તરીકે સંયુક્ત સામગ્રીમાં આગળ પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. સોનું, પ્લેટિનમ, ચાંદી અને પેલેડિયમ જેવી ઉમદા ધાતુઓ જોકે અલગ રીતે વર્તે છે. તેમની ઓછી ઓક્સિડેશનની વૃત્તિને કારણે, તેઓ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સારવારનો પ્રતિકાર કરે છે અને તેમની પ્રારંભિક રચનાઓ અને ગુણધર્મો જાળવી રાખે છે.

ઉપરનું ચિત્ર બતાવે છે કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કાટ સામે એલ્યુમિનિયમ એલોયના રક્ષણ માટે પણ થઈ શકે છે. ડાબી બાજુએ: સપાટીની ઈલેક્ટોમાઈક્રોસ્કોપિક ઈમેજની નીચે, અત્યંત કાટ લાગતા દ્રાવણમાં એલ્યુમિનિયમ એલોયનો ફોટો, જેના પર - સોનિકેશનને કારણે - પોલિઈલેક્ટોલાઈટ કોટિંગ બનાવવામાં આવ્યું છે. આ કોટિંગ 21 દિવસ માટે કાટ સામે રક્ષણ આપે છે. જમણી બાજુએ: સમાન એલ્યુમિનિયમ એલોય સોનિકેશનના સંપર્કમાં આવ્યા વિના. સપાટી સંપૂર્ણપણે કાટખૂણે છે.

હકીકત એ છે કે વિવિધ ધાતુઓ સોનિકેશન માટે નાટકીય રીતે અલગ અલગ રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે તે સામગ્રી વિજ્ઞાનમાં નવીનતાઓ માટે શોષણ કરી શકાય છે. એલોયને એવી રીતે નેનોકોમ્પોઝીટ્સમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે જેમાં વધુ સ્થિર સામગ્રીના કણો ઓછી સ્થિર ધાતુના છિદ્રાળુ મેટ્રિક્સમાં બંધ હોય છે. ખૂબ મોટા સપાટી વિસ્તારો આમ ખૂબ જ મર્યાદિત જગ્યામાં ઉદ્ભવે છે, જે આ નેનોકોમ્પોઝીટ્સને ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે. તેઓ ખાસ કરીને ઝડપી અને કાર્યક્ષમ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને અસર કરે છે.

ડૉ. ડારિયા એન્ડ્રીવા સાથે, સંશોધકો પ્રો. ડૉ. એન્ડ્રેસ ફેરી, ડૉ. નિકોલસ પાઝોસ-પેરેઝ અને જાના શેફરહાન્સ, ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્ર II વિભાગના પણ, સંશોધન પરિણામોમાં યોગદાન આપ્યું. ગોલ્મમાં મેક્સ પ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કોલોઇડ્સ એન્ડ ઇન્ટરફેસ, હેલ્મહોલ્ટ્ઝ-ઝેન્ટ્રમ બર્લિન ફર મટિરિયલિયન અંડ એનર્જી જીએમબીએચ અને મિન્સ્કમાં બેલારુસિયન સ્ટેટ યુનિવર્સિટીમાં તેમના સાથીદારો સાથે, તેઓએ તેમના નવીનતમ પરિણામો જર્નલમાં પ્રકાશિત કર્યા છે. “નેનોસ્કેલ”.