Sonochemistry Ez egy nagyon hatékony eszköz a mérnöki és funkcionaiizáiá nano anyagok. A kohászati, az ultrahangos besugárzás elősegíti a kialakulását a porózus fémek. A kutatócsoport Dr. Daria Andreeva kifejlesztett egy hatékony és költség-hatékony ultrahang-támogatott eljárás előállítására mezopórusos fémek.

A porózus fémek nagy érdeklődést mutatnak a különféle technológiai ágak iránt, kiemelkedő tulajdonságaik, mint például korrózióállóságuk, mechanikai szilárdságuk és rendkívül magas hőmérsékletük ellenállóképessége miatt. Ezek a tulajdonságok olyan nanoszerkezetű felületeken alapulnak, amelyek pórusai csak néhány nanométer átmérőjűek. A mezopórusos anyagokat 2 és 50 nm közötti póz méretek jellemzik, míg a mikroporózus anyag pórusmérete kisebb, mint 2 nm. Egy nemzetközi kutatócsoport, köztük a Bayreuth Egyetem doktora Daria Andreeva (II. Fizikai Kémia Tanszék) sikeresen kifejlesztett egy nehéz és költséghatékony ultrahang eljárást az ilyen fémszerkezetek tervezéséhez és gyártásához.

Ebben a folyamatban, fémek kezeljük vizes oldatban, oly módon, hogy üregek néhány nanométer fejlődnek, a pontosan meghatározott rések. Ezekre szabott szerkezetek, már van egy széles spektrumú innovatív alkalmazások, beleértve légtisztító, az energiatárolás és az orvosi technológia. Különösen ígéretes a használata porózus fémek nanokompozitok. Ezek egy új osztályát kompozit anyagok, amelyben egy nagyon finom mátrix szerkezete van töltve részecskék, amelyeknek a mérete legfeljebb 20 nanométer.

Az új technika hasznosítja a folyamat ultrahanggal gerjesztett buborékképződés, amelynek elnevezése kavitáció fizika (származó lat. “Cavus” = “üreges”). A tengerészeti, ez a folyamat félő miatt nagy károkat okozhat a hajócsavarok és turbinák. A nagyon magas fordulatszámon, gőz buborékok képződnek a víz alatt. Rövid idő elteltével alatt rendkívül nagy nyomás a buborékok összeomlás befelé, ezáltal deformálva a fémes felületek. A folyamata kavitációs is előállíthatók ultrahang segítségével. Ultrahang áll kompressziós hullámok frekvencia felett a hallható tartomány (20 kHz), és hozza létre a vákuumot buborékok vízben és vizes oldatok. A hőmérséklet több ezer fok és rendkívül nagy nyomás akár 1000 bar merülnek fel, amikor ezek a buborékok is romolhat.

A fenti séma mutatja az akusztikus kavitáció hatását a fémrészecskék módosítására. Az alacsony olvadáspontú (MP) fémek mint cink (Zn) teljesen oxidálódnak; A magas olvadáspontú fémek, mint a nikkel (Ni) és a titán (Ti) ultrahangos felületi módosítással rendelkeznek. Alumínium (Al) és magnézium (Mg) mezopórusos szerkezetek. A Nobel-fémek ellenállnak az ultrahang besugárzásnak, mivel az oxidáció ellenállóak. A fémek olvadáspontjait Kelvin (K) fokban határozzuk meg.

Ennek a folyamatnak a pontos ellenőrzése a fémek bizonyos fizikai és kémiai tulajdonságai miatt a vizes oldatban szuszpendált fémek célzott nanoszerkezetéhez vezethet. A fémek nagyon eltérő módon reagálnak az ilyen ultrahangos kezelésre, mint Dr. Daria Andreeva, a kollégáival együtt Golmban, Berlinben és Minszkben. Nagy reakcióképességű fémekben, például cinkben, alumíniumokban és magnéziumokban fokozatosan képződik a mátrixszerkezet, amelyet oxidáló bevonattal stabilizálnak. Ez porózus fémeket eredményez, amelyeket például kompozit anyagokkal tovább lehet feldolgozni. A nemesfémek, például az arany, a platina, az ezüst és a palládium azonban másképpen viselkednek. Alacsony oxidációs hajlamaik miatt ellenállnak az ultrahang kezelésnek, és megtartják eredeti szerkezeteiket és tulajdonságaikat.

A fenti kép azt mutatja, hogy az ultrahang is használható védelmére alumíniumötvözetek korrózió ellen. A bal oldalon: A fotó egy alumínium ötvözet egy erősen maró oldatot, az alábbiakban egy electomicroscopic kép a felületre, amelyen - miatt szonikáció - egy polyelectolyte bevonatot alakult. Ez a bevonat nyújt védelmet a korrózió ellen 21 napig. A jobb: Ugyanaz alumínium ötvözet anélkül volt kitéve szonikálással. A felület teljesen korrodált.

Az a tény, hogy a különböző fémek drámai módon eltérő módon reagálnak a szonikációra, kihasználható az anyagtudomány innovációira. Az ötvözeteket olyan nanokompozitokká alakíthatjuk át, amelyekben a stabilabb anyag részecskéit a kevésbé stabil fém porózus mátrixában helyezik el. Nagyon nagy felületű területek nagyon korlátozott térben keletkeznek, ami lehetővé teszi ezeknek a nanokompozitoknak a katalizátorok használatát. Különösen gyors és hatékony kémiai reakciókat fejtenek ki.

Együtt Dr. Daria Andreeva, a kutatók Prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez és Jana Schäferhans is a Fizikai Kémia Tanszék II hozzájárult a kutatási eredményeket. Kollégáikkal a Max Planck Intézet Kolloid és interfészek Golm, a Helmholtz-Zentrum für Berlin Materialien und Energie GmbH és a Belarusz Állami Egyetem Minszkben, akkor már közzétette legfrissebb eredmények online folyóirat “A nanoméretű”.