ננו-הבניית אולטרסאונד כדי לייצר מתכות נקבוביות

סונוכימיה הוא כלי יעיל מאוד עבור ההנדסה functionalization של חומרים ננו. מתכות, ההקרנה הקולית מקדמת את הקמתה של מתכות נקבוביות. קבוצת המחקר של ד"ר דריה אנדריבה פיתחה הליך יעיל וחסכוני אולטרסאונד בסיוע לייצר מתכות mesoporous.

מתכות נקבוביות למשוך ריבית גבוהה של סניפים טכנולוגיים רבים בשל המאפיינים שלהם מעולה כגון התנגדות קורוזיה שלהם, כוח מכני ואת היכולת לעמוד בטמפרטורות גבוהות במיוחד. מאפיינים אלה מבוססים על משטחים nanostructured עם הנקבוביות מדידה רק כמה ננומטר בקוטר. חומרים Mesoporous מאופיינים בגדלים פוזה בין 2 ל 50 ננומטר, בעוד החומר microporous יש גודל הנקבוביות פחות מ 2nm. צוות מחקר בינלאומי, כולל ד"ר דריה אנדריבה מאוניברסיטת ביירות '(המחלקה לכימיה פיסיקלית II) פיתחה בהצלחה הליך אולטרה-סאונד יעיל וחסכוני לתכנון וייצור מבנים מתכתיים כאלה.

בתהליך זה, מתכות מטופלים בתמיסה מימית בצורה כזאת כי חללים של ננומטרים ספורים להתפתח, פערים מוגדרים במדויק. עבור מבנים תפורים אלה, יש כבר מגוון רחב של יישומים חדשניים, כולל ניקוי אוויר, אחסון אנרגיה או טכנולוגיה רפואית. מבטיח במיוחד הוא השימוש במתכות נקבוביות nanocomposites. אלה הם סוג חדש של חומרים מרוכבים, שבה מבנה מטריצה ​​מאוד עדין מלא חלקיקים הנעים בגודל עד 20 ננומטר.

UIP1000hd הוא מכשיר קולי חזק, אשר משמש עבור הנדסת חומרים, מבנה ננו ושינוי החלקיקים. (לחץ להגדלה!)

ד"ר ד אנדריבה מדגימה את ההליך של sonication של חלקיקים מוצקים להשעיית מימית על ידי שימוש UIP1000hd ultrasonicator (20 kHz, 1000W). תמונה על ידי Ch. Wißler

הטכניקה החדשה מנצלת תהליך של היווצרות בועה שנוצרה באולטרסאונד, אשר נקראת cavitation בפיסיקה (נגזר רוחב. “קאבוס” = “חָלוּל”). בשנת ימית, תהליך זה הוא חשש בשל נזק גדול זה יכול לגרום מדחפים הספינה טורבינות. עבור במהירויות סיבוב גבוהות מאוד, בועות קיטור יוצרים מתחת למים. לאחר תקופה קצרה תחת לחץ גבוה מאוד הבועות לקרוס פנימה, ובכך לעוות את המתכת. התהליך של cavitation גם יכול להיות שנוצר באמצעות אולטרסאונד. אולטראסאונד מורכב גלי compressional עם תדרים מעל הטווח נשמע (20 kHz), ויוצר בועות ואקום במים ותמיסות מימיות. טמפרטורות של כמה אלפי מעלות צלזיוס גבוהה מאוד לחצים של עד 1000 בר להתעורר כאשר הבועות הללו לקרוס.

UIP1000hd מכשיר אולטראסאונד נעשה שימוש עבור nanostructuring של מתכות נקבוביות מאוד. (לחץ להגדלה!)

מצגת סכמטי של ההשפעות של cavitation אקוסטי על שינוי של חלקיקי מתכת.
תמונה על ידי ד"ר ד אנדריבה

התוכנית לעיל מראה את ההשפעות של cavitation אקוסטי על שינוי של חלקיקי מתכת. מתכות עם נקודת התכה נמוכה (MP) כמו אבץ (Zn) הם לגמרי מחומצן; מתכות עם נקודת התכה גבוהה כמו ניקל (ני) ו טיטניום (Ti) התערוכה משטח שינוי תחת sonication. אלומיניום (Al) ומגנזיום (Mg) טופס מבנים mesoporous. מתכות נובל עמידות קרינה אולטרסאונד בשל יציבותם נגד חמצון. נקודות ההתכה של המתכות נקובות במעלות קלווין (K).

כוחות קולים עצמה הם טכניקה ידועה ואמינה עבור חילוץ (לחץ להגדלה!)

קולי cavitation ב נוזלי

שליטה מדויקת של תהליך זה עשוי להוביל nanostructuring ממוקד של מתכות מושעה בתמיסה מימית - נתון מאפיינים פיסיקליים וכימיים מסוימים של המתכות. עבור מתכות להגיב בצורה שונה מאוד כאשר נחשף sonication כזה, כמו ד"ר דריה אנדריבה יחד עם עמיתיה בגולם, ברלין ומינסק הוכיח. ב מתכות עם תגובתיות גבוהה כגון אבץ, אלומיניום ומגנזיום, מבנה מטריצה ​​בהדרגה נוצר, התייצב על ידי ציפוי תחמוצת. התוצאה היא מתכות נקבוביות, כי יכול להיות מעובד יותר בחומרים מרוכבים. מתכות אצילות כגון זהב, פלטינה, כסף ופלדיום מתנהגים אחרת. בגלל הנטייה שלהם חמצון נמוכה, הם להתנגד טיפול אולטרסאונד ולשמור על מבנים ראשוניים שלהם נכסים.

על ידי sonication, ציפוי polyelectrolyte יכול להיווצר כי מגן מפני קורוזיה. (לחץ להגדלה!)

הגנת אולטרה סאונד של סגסוגות אלומיניום נגד קורוזיה. [© ואח Skorb. 2011]

התמונה לעיל מראה כי אולטרסאונד יכול לשמש גם להגנה על סגסוגות אלומיניום נגד קורוזיה. משמאל: התמונה של סגסוגת אלומיניום בתמיסה מאכל מאוד, מתחת לתמונה electomicroscopic של פני השטח, שעליו - בשל sonication - ציפוי polyelectolyte כבר נוצרו. ציפוי זה מציע הגנה מפני קורוזיה עבור 21 ימים. מימין: סגסוגת האלומיניום אותה מבלי שנחשף sonication. המשטח הוא אכול לחלוטין.

העובדה מתכות שונות להגיב בדרכים שונות באופן דרמטי sonication יכול להיות מנוצל עבור חידושים במדע החומרים. סגסוגות ניתן להמיר בצורה כזו nanocomposites שבו חלקיקים של חומר יציב יותר הם עטוף מטריצה ​​נקבובי של מתכת יציבה פחות. שטחים פנימיים גדולים מאוד ולכן נוצרים בחלל מצומצם מאוד, המאפשרים nanocomposites אלה לשמש זרזים. הם משפיעים על תגובה כימית מהירה ויעילה במיוחד.

יחד עם ד"ר דריה אנדריבה, החוקרים פרופ 'ד"ר אנדריאס Fery, ד"ר ניקולא Pazos-פרז ואת יאנה Schäferhans, גם של המחלקה השנייה לכימיה פיסיקלית, תרמו לתוצאות המחקר. עם עמיתיהם במכון מקס פלאנק של קולואידים ופני Golm, הלמהולץ Zentrum für ברלין Materialien und Energie GmbH ואוניברסיטת מדינת בלארוסית במינסק, הם פרסמו את התוצאות האחרונות שלהם במהדורה המקוונת של העיתון “ננו”.

Hielscher's ultrasonicator UIP1000hd was successfully used for the formation of mesoporous metals. (Click to enlarge!)

מעבד קולי UIP1000hd עבור ננו-מבנה של מתכות

צור קשר / בקש מידע נוסף

דבר איתנו על דרישות העיבוד שלך. נמליץ פרמטרי ההתקנה ועיבוד המתאימים ביותר עבור הפרויקט שלכם.





הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.


התייחסות:

  • Skorb, יקטרינה V.; תקן, דימיטרי; שצ'וקין, דמיטרי G.; Möhwald, הלמוט; Sviridov, דמיטרי V.; מוסא, רמי; Wanderka, Nelia; Schäferhans, תאנה; Pazos-פרז, ניקולא; Fery, אנדראס; אנדריבה, דריה V. (2011): היווצרות Sonochemical של ספוגי מתכת. ננו – Advance 3/3 הראשון, 2011. 985-993.
  • Wißler, כריסטיאן (2011): nanostructuring מדויקת במיוחד להשתמש אולטרסאונד: נוהל החדש כדי לייצר מתכות נקבוביות. תסתכל על המחקר. תקשורת מאוניברסיטת ביירוית 05., 2011

לקבלת מידע מדעי נוסף, נא ליצור קשר עם: ד"ר דריה אנדריבה, המחלקה באוניברסיטת Physical Chemistry השנייה ביירוית, 95,440 ביירוית, גרמניה – טלפון: +49 (0) 921 / 55-2750
דוא"ל: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



עובדות שראוי לדעת

homogenizers רקמות אולטרסאונד לעיתים קרובות מכונים sonicator בדיקה, סוניק lyser, המשבש אולטרסאונד, מטחנת קולי, סונו-ruptor, sonifier, dismembrator סוניק, משבש תא, disperser קולי או dissolver. המונחים השונים נובעים היישומים השונים שניתן למלאם sonication.