Sonochemistry adalah alat yang sangat efektif untuk rekayasa dan fungsionalisasi bahan nano. Dalam metalurgi, iradiasi ultrasonik mempromosikan pembentukan logam berpori. Kelompok penelitian Dr. Daria Andreeva mengembangkan prosedur bantuan ultrasonografi yang efektif dan hemat biaya untuk menghasilkan logam mesopori.

Logam berpori menarik minat banyak cabang teknologi manifold karena karakteristiknya yang luar biasa seperti ketahanan korosi, kekuatan mekanis dan kemampuan menahan suhu tinggi yang sangat tinggi. Sifat-sifat ini didasarkan pada permukaan berstrukturnano dengan pori-pori yang berukuran hanya beberapa nanometer dengan diameter. Bahan mesopori ditandai dengan ukuran pose antara 2 sampai 50 nm, sementara bahan mikropori memiliki ukuran pori kurang dari 2nm. Tim peneliti internasional termasuk Dr. Daria Andreeva dari Universitas Bayreuth (Departemen Kimia Fisika II) telah berhasil mengembangkan prosedur ultrasound berat dan hemat biaya untuk perancangan dan produksi struktur logam tersebut.

Dalam proses ini, logam diperlakukan dalam larutan air sedemikian rupa sehingga rongga dari beberapa nanometer berkembang, di celah tepat didefinisikan. Untuk struktur yang dibuat ini, sudah ada spektrum yang luas dari aplikasi yang inovatif, termasuk membersihkan udara, penyimpanan energi atau teknologi medis. Terutama menjanjikan adalah penggunaan logam berpori di nanocomposites. Ini adalah kelas baru bahan komposit, di mana struktur matriks yang sangat halus dipenuhi dengan partikel mulai dari ukuran sampai dengan 20 nanometer.

Teknik baru menggunakan proses pembentukan gelembung ultrasonically dihasilkan, yang disebut kavitasi dalam fisika (berasal dari lat. “Cavus” = “berongga”). Dalam pelayaran, proses ini dikhawatirkan karena kerusakan besar itu dapat menyebabkan baling-baling kapal dan turbin. Untuk pada kecepatan rotasi yang sangat tinggi, gelembung uap terbentuk di bawah air. Setelah periode singkat di bawah tekanan yang sangat tinggi gelembung runtuh dalam hati, sehingga dapat mengubah bentuk permukaan logam. Proses dari Kavitasi juga dapat dihasilkan menggunakan ultrasound. USG terdiri dari gelombang kompresi dengan frekuensi di atas kisaran terdengar (20 kHz) dan menghasilkan gelembung vakum dalam air dan larutan air. Suhu beberapa ribu derajat celcius dan sangat tinggi tekanan sampai 1000 bar muncul ketika gelembung ini meledak.

Skema di atas menunjukkan efek kavitasi akustik terhadap modifikasi partikel logam. Logam dengan titik leleh rendah (MP) sebagai seng (Zn) benar-benar teroksidasi; logam dengan titik leleh tinggi seperti nikel (Ni) dan titanium (Ti) memamerkan modifikasi permukaan pada sonication. Aluminium (Al) dan magnesium (Mg) membentuk struktur mesopori. Logam-logam Nobel tahan terhadap radiasi ultrasound karena stabilitasnya terhadap oksidasi. Titik lebur logam ditentukan dalam derajat Kelvin (K).

Kontrol yang tepat terhadap proses ini dapat menyebabkan penumpukan nano logam yang ditargetkan yang tersuspensi dalam larutan berair - dengan karakteristik fisik dan kimia tertentu dari logam. Untuk logam bereaksi sangat berbeda saat terkena sonication seperti itu, seperti Dr. Daria Andreeva bersama rekan-rekannya di Golm, Berlin dan Minsk telah menunjukkannya. Pada logam dengan reaktivitas tinggi seperti seng, aluminium dan magnesium, struktur matriks terbentuk secara bertahap, distabilisasi oleh lapisan oksida. Hal ini menyebabkan logam berpori yang dapat diolah selanjutnya diproses dalam material komposit. Logam mulia seperti emas, platinum, perak dan paladium bagaimanapun berperilaku berbeda. Karena kecenderungan oksidasi rendah mereka, mereka menolak perlakuan ultrasound dan mempertahankan struktur dan sifat awal mereka.

Gambar di atas menunjukkan bahwa USG juga dapat digunakan untuk perlindungan paduan aluminium terhadap korosi. Di sebelah kiri: The foto dari paduan aluminium dalam larutan yang sangat korosif, di bawah gambar electomicroscopic dari permukaan, di mana - karena sonikasi - lapisan polyelectolyte telah dibentuk. Lapisan ini menawarkan perlindungan terhadap korosi selama 21 hari. Di sebelah kanan: The paduan aluminium yang sama tanpa harus terkena sonikasi. Permukaan benar-benar berkarat.

Fakta bahwa logam yang berbeda bereaksi dengan cara yang berbeda secara dramatis untuk sonikasi dapat dimanfaatkan untuk inovasi dalam ilmu material. Paduan dapat dikonversi sedemikian rupa menjadi nanokomposit dimana partikel bahan yang lebih stabil terbungkus dalam matriks berpori dari logam yang kurang stabil. Daerah permukaan yang sangat besar sehingga timbul di ruang yang sangat terbatas, yang memungkinkan nanocomposites ini digunakan sebagai katalis. Efeknya sangat cepat dan efisien.

Bersama dengan Dr Daria Andreeva, para peneliti Prof. Dr. Andreas Fery, Dr Nicolas Pazos-Perez dan Jana Schäferhans, juga dari departemen Kimia Fisika II, memberikan kontribusi terhadap hasil penelitian. Dengan rekan-rekan mereka di Max Planck Institut Koloid dan Antarmuka di Golm, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH dan Universitas Negeri Belarusia di Minsk, mereka telah mempublikasikan hasil terbaru mereka secara online dalam jurnal “nano”.