ultrazvučna kemija je vrlo učinkovit alat za inženjering i osposobljavanju nano materijala. U metalurgiji, ultrazvučni zračenje potiče tvorbu poroznih metala. Studija je pokazala da dr Daria Andreeva razvio učinkovit i troškovno učinkovit ultrazvuk uz pomoć postupka za proizvodnju mezoporoznog metale.

Porozni metali privlače veliki interes višestrukih tehnoloških grana zbog svojih izuzetnih karakteristika kao što su njihova otpornost na koroziju, mehanička čvrstoća i sposobnost izdržati izuzetno visoke temperature. Ova svojstva temelje se na nanostrukturiranim površinama s poreima koji mjere samo nekoliko nanometara promjera. Mesoporozni materijali karakterizirani su pozama veličinama između 2 i 50 nm, dok mikroporozni materijal ima veličinu pora manju od 2 nm. Međunarodni istraživački tim, uključujući Dr. Daria Andreeva sa Sveučilišta Bayreuth (Zavod za fizikalnu kemiju II), uspješno je razvio teorijski i ekonomičan ultrazvučni postupak za projektiranje i proizvodnju takvih metalnih struktura.

U tom postupku, metali se obradi u vodenoj otopini na takav način da se šupljine nekoliko nanometara razvijati u točno određenim praznine. Za ove tailor-made struktura, već postoji široki spektar inovativnih aplikacija, uključujući pročišćavanje zraka, skladištenje energije ili medicinske tehnologije. Posebno obećavajući je korištenje propusne metala u nanokompozita. To su nova klasa kompozitnih materijala, u kojem vrlo fine strukture matrice ispunjen je česticama u rasponu veličina do 20 nanometara.

Novi tehnika koristi proces ultrazvučno generira stvaranja mjehura, koji se naziva kavitacije u fizici (izveden iz lat. “Cavus” = “šupalj”). U pomorstvu, ovaj proces se bojao zbog velike štete koju može uzrokovati na brod propelera i turbina. Za na vrlo visokim brzinama rotacije, parnih mjehurića se formira pod vodom. Nakon kratkog perioda pod ekstremno visokim pritiskom mjehurići kolaps unutra, na taj način deformira metalne površine. Proces kavitacija također može biti generiran pomoću ultrazvuka. Ultrazvuk se sastoji od compressional valova frekvencije iznad zvučni raspon (20 kHz) i stvara vakuum mjehurića u vodi i vodenim otopinama. Temperature od nekoliko tisuća stupnjeva Celzija i izuzetno visokim tlakovima do 1000 bara nastaju kada se ti mjehurići urušavati.

Gornja shema pokazuje učinke akustičke kavitacije na modifikaciju metalnih čestica. Metali s niskim talištem (MP) kao cink (Zn) potpuno su oksidirani; metali s visokom točkom taljenja kao što su nikal (Ni) i titan (Ti) pokazuju površinsku modifikaciju pod soniciranjem. Aluminij (Al) i magnezij (Mg) tvore mesoporne strukture. Nobelni metali su otporni na ultrazvučno zračenje zbog njihove stabilnosti protiv oksidacije. Točke taljenja metala specificirane su u stupnjevima Kelvin (K).

Precizna kontrola tog procesa može dovesti do ciljanog nanostruktura metalnih suspendiranih u vodenoj otopini - s obzirom na određena fizička i kemijska svojstva metala. Za metale reagiraju vrlo različito kada su izloženi takvoj sonicaciji, kao što je pokazala dr. Daria Andreeva zajedno sa svojim kolegama u Golm, Berlin i Minsk. U metalima visoke reaktivnosti kao što su cink, aluminij i magnezij, matrična struktura se postupno formira, stabilizira oksidnim premazom. To rezultira poroznim metalima koji se mogu, na primjer, dalje obrađivati ​​u kompozitnim materijalima. Plemeniti metali kao što su zlato, platina, srebro i paladij međutim se ponašaju drugačije. Zbog niske tendencije oksidacije, oni se odupiru ultrazvučnom tretmanu i zadržavaju svoje početne strukture i svojstva.

Slika iznad pokazuje da ultrazvuk može se koristiti i za zaštitu aluminijskih legura. Slijeva: Snimka od aluminijske legure u visoko korozivnim otopine Dolje electomicroscopic sliku površine, na kojoj je - zbog sonication - postignuta prevlaka polyelectolyte. Ovaj premaz nudi zaštitu od korozije za 21 dana. S desne strane: Isti aluminijske legure bez da su izloženi u ultrazvučnoj kupelji. Površina potpuno korodirati.

Činjenica da različiti metali reagiraju na dramatično različite načine sonikacije mogu se iskoristiti za inovacije u materijalnoj znanosti. Slojevi se mogu na takav način pretvoriti u nanokompozite u kojima se čestice stabilnijeg materijala nalaze u poroznoj matrici manje stabilnog metala. Vrlo velike površine nastaju u vrlo ograničenom prostoru, što omogućuje da se ti nanokompoziti koriste kao katalizatori. Djeluju osobito brzo i učinkovito kemijske reakcije.

Zajedno s dr Daria Andreeva, istraživači Dr. Andreas Fery, dr Nicolas Pazos-Perez i Jana Schäferhans, također odjela za fizikalnu kemiju II, pridonio rezultatima istraživanja. Sa svojim kolegama na Max Planck Institutu za koloide i sučelja u Golm je Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH i State University je bjeloruski Minsk, oni su objavili svoje najnovije rezultate u časopisu “nano”,