Ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքավորում՝ ծակոտկեն մետաղների արտադրության համար
Սոնոքիմիան շատ արդյունավետ գործիք է նանոնյութերի նախագծման և ֆունկցիոնալացման համար։ Մետաղագործության մեջ ուլտրաձայնային ճառագայթումը նպաստում է ծակոտկեն մետաղների ձևավորմանը։ Դոկտոր Դարիա Անդրեևայի հետազոտական խումբը մշակել է ուլտրաձայնի օժանդակությամբ իրականացվող արդյունավետ և ծախսարդյունավետ մեթոդ՝ մեզոծակոտկեն մետաղներ արտադրելու համար։
Ծակոտկեն մետաղները մեծ հետաքրքրություն են առաջացնում տեխնոլոգիական բազմաթիվ ոլորտներում՝ իրենց բացառիկ բնութագրերի շնորհիվ, ինչպիսիք են կոռոզիակայունությունը, մեխանիկական ամրությունը և չափազանց բարձր ջերմաստիճաններին դիմակայելու ունակությունը։ Այս հատկությունների հիմքում նանոկառուցվածքավորված մակերևույթներն են՝ ընդամենը մի քանի նանոմետր տրամագծով ծակոտիներով։ Մեզոծակոտկեն նյութերը բնութագրվում են 2-ից 50 nm չափերով ծակոտիներով, մինչդեռ միկրոծակոտկեն նյութերի ծակոտիների չափը 2nm-ից փոքր է։ Միջազգային հետազոտական թիմը, որի կազմում է Բայրոյթի համալսարանի դոկտոր Դարիա Անդրեևան (Ֆիզիկական քիմիայի II ամբիոն), հաջողությամբ մշակել է նման մետաղական կառուցվածքների նախագծման և արտադրության համար նախատեսված՝ ինտենսիվ աշխատանքի պիտանի և ծախսարդյունավետ ուլտրաձայնային մեթոդ։
Այս գործընթացում մետաղները ջրային լուծույթում մշակվում են այնպես, որ հստակ սահմանված բացակներում առաջանան մի քանի նանոմետր չափերով խոռոչներ։ Այս՝ հատուկ պահանջներին համապատասխան ստեղծված կառուցվածքների համար արդեն գոյություն ունի նորարարական կիրառությունների լայն շրջանակ՝ ներառյալ օդի մաքրումը, էներգիայի կուտակումը կամ բժշկական տեխնոլոգիաները։ Հատկապես խոստումնալից է ծակոտկեն մետաղների կիրառությունը նանոկոմպոզիտներում։ Դրանք կոմպոզիտային նյութերի նոր դաս են, որոնցում շատ նուրբ մատրիցային կառուցվածքը լցված է մինչև 20 նանոմետր չափերի հասնող մասնիկներով։
Դոկտոր Դ. Անդրեևան ցուցադրում է ջրային կախույթում պինդ մասնիկների ուլտրաձայնային մշակման ընթացակարգը՝ օգտագործելով UIP1000hd ուլտրաձայնային սարքը (20 kHz, 1000W)։ Լուսանկարը՝ Քր. Վիսլերի
Մետաղական մասնիկների փոփոխման վրա ակուստիկ կավիտացիայի ազդեցությունների սխեմատիկ պատկերում։
Պատկերը՝ դոկտոր Դ. Անդրեևայի
Վերևի սխեման ցույց է տալիս մետաղական մասնիկների փոփոխման վրա ակուստիկ կավիտացիայի ազդեցությունները։ Հալման ցածր ջերմաստիճան (MP) ունեցող մետաղները, օրինակ՝ ցինկը (Zn), ամբողջությամբ օքսիդանում են, իսկ հալման բարձր ջերմաստիճան ունեցող մետաղները, օրինակ՝ նիկելը (Ni) և տիտանը (Ti), ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում ենթարկվում են մակերևութային փոփոխությունների։ Ալյումինը (Al) և մագնեզիումը (Mg) ձևավորում են մեզոծակոտկեն կառուցվածքներ։ Ազնիվ մետաղները դիմացկուն են ուլտրաձայնային ճառագայթման նկատմամբ՝ օքսիդացման հանդեպ իրենց կայունության շնորհիվ։ Մետաղների հալման ջերմաստիճանները նշված են Կելվինի աստիճաններով (K)։
Ուլտրաձայնային կավիտացիա հեղուկում
Ալյումինային համաձուլվածքների ուլտրաձայնային պաշտպանություն կոռոզիայից։ [© Skorb et al. 2011]
Վերևի պատկերը ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնը կարող է օգտագործվել նաև ալյումինային համաձուլվածքները կոռոզիայից պաշտպանելու համար։ Ձախ կողմում՝ ալյումինային համաձուլվածքի լուսանկարը խիստ կոռոզիոն լուծույթում, ներքևում՝ մակերևույթի էլեկտրոնամանրադիտակային պատկերը, որի վրա ուլտրաձայնային մշակման շնորհիվ ձևավորվել է պոլիէլեկտրոլիտային ծածկույթ։ Այս ծածկույթը 21 օր ապահովում է պաշտպանություն կոռոզիայից։ Աջ կողմում՝ նույն ալյումինային համաձուլվածքը՝ առանց ուլտրաձայնային մշակման ենթարկվելու։ Մակերևույթն ամբողջությամբ կոռոզիայի է ենթարկվել։
Այն փաստը, որ տարբեր մետաղներ ուլտրաձայնային մշակմանը կտրուկ տարբեր կերպ են արձագանքում, կարելի է օգտագործել նյութագիտության մեջ նորարարությունների համար։ Համաձուլվածքները կարող են այս կերպ վերածվել նանոկոմպոզիտների, որոնցում ավելի կայուն նյութի մասնիկները պարփակված են պակաս կայուն մետաղի ծակոտկեն մատրիցի մեջ։ Այդպիսով շատ սահմանափակ տարածության մեջ առաջանում են մակերևույթի շատ մեծ մակերեսներ, որոնք թույլ են տալիս այս նանոկոմպոզիտներն օգտագործել որպես կատալիզատորներ։ Դրանք ապահովում են հատկապես արագ և արդյունավետ քիմիական ռեակցիաներ։
Դոկտոր Դարիա Անդրեևայի հետ միասին հետազոտության արդյունքներում ներդրում են ունեցել հետազոտողներ պրոֆեսոր, դոկտոր Անդրեաս Ֆերին, դոկտոր Նիկոլաս Պասոս-Պերեսը և Յանա Շեֆերհանսը, որոնք նույնպես Ֆիզիկական քիմիայի II ամբիոնից են։ Գոլմում գտնվող Մաքս Պլանկի կոլոիդների և միջֆազային սահմանների ինստիտուտի, Բեռլինի Հելմհոլցի նյութերի և էներգիայի կենտրոնի (GmbH) և Մինսկի Բելառուսի պետական համալսարանի իրենց գործընկերների հետ նրանք իրենց վերջին արդյունքներն առցանց հրապարակել են «Nanoscale» ամսագրում։
Ուլտրաձայնային պրոցեսոր UIP1000hd մետաղների նանոկառուցվածքավորման համար
Գրականության հղումներ՝
- 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)՝ Մետաղական սպունգների սոնոքիմիական ձևավորում։ Nanoscale – առաջին նախնական հրապարակում՝ 3/3, 2011. 985–993.
- Wißler, Christian (2011)՝ Բարձր ճշգրտությամբ նանոկառուցվածքավորում ուլտրաձայնի միջոցով. ծակոտկեն մետաղների արտադրության նոր մեթոդ։ Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.
Լրացուցիչ գիտական տեղեկությունների համար խնդրում ենք կապվել՝ դոկտոր Դարիա Անդրեևա, Բայրոյթի համալսարանի Ֆիզիկական քիմիայի II ամբիոն, 95 440 Բայրոյթ, Գերմանիա – հեռախոս՝ +49 (0) 921 / 55-2750
էլեկտրոնային փոստ՝ [email protected]
Օգտակար փաստեր
Հյուսվածքների ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները հաճախ անվանում են զոնդային ուլտրաձայնային սարք, ձայնային լիզատոր, ուլտրաձայնային քայքայիչ, ուլտրաձայնային աղաց, սոնոքայքայիչ, սոնիֆիկատոր, ձայնային մասնատիչ, բջիջների քայքայիչ, ուլտրաձայնային դիսպերգատոր կամ լուծիչ սարք։ Տարբեր անվանումները պայմանավորված են ուլտրաձայնային մշակմամբ իրականացվող զանազան կիրառություններով։
- Խառնում
- Էմուլգացում
- Դիսպերգացում
- Դեագլոմերացում
- Թաց աղացում
- Գազազերծում
- Լուծում
- Էքստրակցիա
- Հյուսվածքների հոմոգենացում
- Ուլտրաձայնային մասնատում
- Խմորում
- Մաքրում
- Սոնոսինթեզ
- Սոնոկատալիզ
- Նստեցում
- Ուլտրաձայնային տարրալվացում
- Քայքայում