अल्ट्रासोनिक नैनो-संरचना झरझरा धातुओं का उत्पादन करने के लिए

सोनोकेमिस्ट्री नैनो सामग्री के इंजीनियरिंग और कार्यात्मककरण के लिए एक बहुत प्रभावी उपकरण है। धातु विज्ञान में, अल्ट्रासोनिक विकिरण झरझरा धातुओं के गठन को बढ़ावा देता है। डारिया एंड्रीवा के शोध समूह ने मेसोपोरस धातुओं का उत्पादन करने के लिए एक प्रभावी और लागत प्रभावी अल्ट्रासाउंड-सहायता प्राप्त प्रक्रिया विकसित की।

झरझरा धातुएं अपनी उत्कृष्ट विशेषताओं जैसे कि उनके संक्षारण प्रतिरोध, यांत्रिक शक्ति और अत्यधिक उच्च तापमान का सामना करने की क्षमता के कारण कई गुना तकनीकी शाखाओं की उच्च रुचि को आकर्षित करती हैं। ये गुण नैनोस्ट्रक्चर्ड सतहों पर आधारित होते हैं जिनमें छिद्र केवल कुछ नैनोमीटर व्यास के होते हैं। मेसोपोरस सामग्री को 2 से 50 एनएम के बीच मुद्रा आकार की विशेषता होती है, जबकि सूक्ष्म सामग्री का छिद्र आकार 2nm से कम होता है। Bayreuth विश्वविद्यालय के डॉ डारिया Andreeva सहित एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल (भौतिक रसायन विज्ञान द्वितीय विभाग) सफलतापूर्वक डिजाइन और इस तरह के धातु संरचनाओं के उत्पादन के लिए एक भारी शुल्क और लागत प्रभावी अल्ट्रासाउंड प्रक्रिया विकसित की है.

इस प्रक्रिया में, धातुओं को एक जलीय घोल में इस तरह से उपचारित किया जाता है कि कुछ नैनोमीटर के गुहाएं ठीक परिभाषित अंतराल में विकसित होती हैं। इन दर्जी संरचनाओं के लिए, पहले से ही अभिनव अनुप्रयोगों का एक व्यापक स्पेक्ट्रम है, जिसमें हवा की सफाई, ऊर्जा भंडारण या चिकित्सा प्रौद्योगिकी शामिल है। विशेष रूप से आशाजनक नैनोकंपोजिट में झरझरा धातुओं का उपयोग है। ये मिश्रित सामग्री का एक नया वर्ग है, जिसमें एक बहुत ही महीन मैट्रिक्स संरचना 20 नैनोमीटर तक के आकार के कणों से भरी होती है।

नई तकनीक अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न बुलबुला गठन की एक प्रक्रिया का उपयोग करती है, जिसे भौतिकी में गुहिकायन कहा जाता है (अक्षांश से व्युत्पन्न)। “कैवस” = “घाटी”). समुद्री यात्रा में, इस प्रक्रिया की आशंका है क्योंकि यह जहाज प्रोपेलर और टर्बाइनों को बहुत नुकसान पहुंचा सकता है। बहुत उच्च रोटेशन गति के लिए, भाप बुलबुले पानी के नीचे बनते हैं। अत्यधिक उच्च दबाव में थोड़े समय के बाद बुलबुले अंदर की ओर गिर जाते हैं, इस प्रकार धातु की सतहों को विकृत कर देते हैं। की प्रक्रिया गुहिकायन अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके भी उत्पन्न किया जा सकता है। अल्ट्रासाउंड श्रव्य सीमा (20 kHz) से ऊपर आवृत्तियों के साथ संपीड़न तरंगों से बना है और पानी और जलीय घोल में वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न करता है। कई हजार डिग्री सेंटीग्रेड का तापमान और 1000 बार तक का अत्यधिक उच्च दबाव तब उत्पन्न होता है जब ये बुलबुले फटते हैं।

उपरोक्त योजना धातु कणों के संशोधन पर ध्वनिक गुहिकायन के प्रभावों को दर्शाती है। जस्ता (Zn) के रूप में कम गलनांक (MP) वाली धातुएँ पूरी तरह से ऑक्सीकृत होती हैं; निकल (Ni) और टाइटेनियम (Ti) जैसे उच्च गलनांक वाली धातुएँ सोनिकेशन के तहत सतह संशोधन प्रदर्शित करती हैं। एल्यूमीनियम (Al) और मैग्नीशियम (Mg) मेसोपोरस संरचनाएं बनाते हैं। ऑक्सीकरण के खिलाफ उनकी स्थिरता के कारण नोबेल धातुएं अल्ट्रासाउंड विकिरण के प्रतिरोधी हैं। धातुओं के गलनांक डिग्री केल्विन (K) में निर्दिष्ट होते हैं।

इस प्रक्रिया का एक सटीक नियंत्रण एक जलीय घोल में निलंबित धातुओं के लक्षित नैनोस्ट्रक्चरिंग को जन्म दे सकता है - धातुओं की कुछ भौतिक और रासायनिक विशेषताओं को देखते हुए। धातुओं के लिए इस तरह के सोनिकेशन के संपर्क में आने पर बहुत अलग तरह से प्रतिक्रिया होती है, जैसा कि डॉ। जस्ता, एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम जैसी उच्च प्रतिक्रियाशीलता वाली धातुओं में, एक मैट्रिक्स संरचना धीरे-धीरे बनती है, जो ऑक्साइड कोटिंग द्वारा स्थिर होती है। इसके परिणामस्वरूप झरझरा धातुएं होती हैं जिन्हें उदाहरण के लिए मिश्रित सामग्री में आगे संसाधित किया जा सकता है। सोना, प्लैटिनम, चांदी और पैलेडियम जैसी महान धातुएं हालांकि अलग तरह से व्यवहार करती हैं। उनकी कम ऑक्सीकरण प्रवृत्ति के कारण, वे अल्ट्रासाउंड उपचार का विरोध करते हैं और अपनी प्रारंभिक संरचनाओं और गुणों को बनाए रखते हैं।

ऊपर दी गई तस्वीर से पता चलता है कि अल्ट्रासाउंड का उपयोग जंग के खिलाफ एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की सुरक्षा के लिए भी किया जा सकता है। बाईं ओर: सतह की एक इलेक्ट्रोमाइक्रोस्कोपिक छवि के नीचे, एक अत्यधिक संक्षारक समाधान में एक एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तस्वीर, जिस पर – सोनिकेशन के कारण – एक पॉलीलेक्टोलाइट कोटिंग का गठन किया गया है। यह कोटिंग 21 दिनों के लिए जंग से सुरक्षा प्रदान करती है। दाईं ओर: सोनिकेशन के संपर्क में आए बिना एक ही एल्यूमीनियम मिश्र धातु। सतह पूरी तरह से खराब हो गई है।

तथ्य यह है कि विभिन्न धातुएं नाटकीय रूप से अलग-अलग तरीकों से प्रतिक्रिया करती हैं, सामग्री विज्ञान में नवाचारों के लिए शोषण किया जा सकता है। मिश्र धातुओं को नैनोकंपोजिट में इस तरह से परिवर्तित किया जा सकता है जिसमें अधिक स्थिर सामग्री के कणों को कम स्थिर धातु के झरझरा मैट्रिक्स में संलग्न किया जाता है। इस प्रकार बहुत बड़े सतह क्षेत्र बहुत सीमित स्थान में उत्पन्न होते हैं, जो इन नैनोकंपोजिट को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करने की अनुमति देते हैं। वे विशेष रूप से तेज और कुशल रासायनिक प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करते हैं।

डारिया एंड्रीवा के साथ, शोधकर्ता प्रोफेसर डॉ एंड्रियास फेरी, डॉ निकोलस पाज़ोस-पेरेज़ और भौतिक रसायन विज्ञान II विभाग के जाना शेफरहंस ने भी शोध परिणामों में योगदान दिया। गोल्म में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ कोलाइड्स एंड इंटरफेस, हेल्महोल्ट्ज़-ज़ेंट्रम बर्लिन फर मटेरियलियन अंड एनर्जी जीएमबीएच और मिन्स्क में बेलारूसी स्टेट यूनिवर्सिटी में अपने सहयोगियों के साथ, उन्होंने अपने नवीनतम परिणाम पत्रिका में ऑनलाइन प्रकाशित किए हैं “नैनोस्केल”.