Ultrahangos Nano-strukturálása elõ porózus fémeket

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.

A UIP1000hd egy erőteljes ultrahangos készülék, mellyel a anyagvizsgálatok, nano strukturálása és a részecske módosítását. (Kattints a kinagyításhoz!)

Dr. D. Andreeva demonstrálja eljárással ultrahangos szilárd részecskék vizes szuszpenzió felhasználásával UIP1000hd ultraszonizáló (20 kHz, 1000W). Kép: Ch. WISSLER

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.

Az ultrahangos készülék UIP1000hd óta használják a nanostrukturálása a nagyon porózus fémek. (Kattints a kinagyításhoz!)

Sematikus bemutatása hatásait akusztikus kavitáció a módosítását fémrészecskék.
Kép Dr. D. Andreeva

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.

Ultrahangos kezeléssel, egy polielektrolit bevonat képezhető, hogy véd a korrózió ellen. (Kattints a kinagyításhoz!)

Ultrahangos védelme alumíniumötvözetek korrózió ellen. [© Skorb et al. 2011]

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”.

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

Ultrahangos processzor UIP1000hd A Nano-strukturálása fémek

Kapcsolat / Ajánlatkérés További információk

Beszélj nekünk a feldolgozási követelményeket. Mi ajánljuk a legmegfelelőbb a telepítést és a feldolgozási paraméterek a projekt.





Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


Referencia:

  • Skorb, Ekaterina V.; Fix, Dimitri; Shchukin, Dmitry G.; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitry V.; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Sonochemical képződését fém szivacs. A nanoméretű – Advance első 3/3, 2011. 985-993.
  • Wissler, Christian (2011): A rendkívül pontos nanostrukturálása ultrahang segítségével: új eljárás a porózus fémek. Nézd meg a kutatás. Kommunikáció a University of Bayreuth 05., 2011

További tudományos információért forduljon: Dr. Daria Andreeva, Fizikai Kémiai Tanszék II Bayreuth University, 95440 Bayreuth, Németország – Telefon: +49 (0) 921 / 55-2750
e-mail: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



Tudni érdemes

Az ultrahangos szövethomogenizátorokat gyakran mint szonda-ultrahangos, ultrahangos csiszológép, szamár-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, cell disrupter, ultrahang diszpergáló vagy oldószerként használják. A különböző kifejezések az egyes alkalmazásokból származnak, amelyeket az ultrahangos kezeléssel lehet teljesíteni.