ポーラス金属を生成するために超音波ナノ構造化

ソノケミストリー ナノ材料のエンジニアリングおよび機能化のために非常に有効なツールです。冶金では、超音波照射は、多孔質金属の形成を促進します。博士ダリアAndreevaの研究グループは、メソポーラス金属を製造するための効果的かつコスト効率の高い超音波支援の手順を開発しました。

多孔質金属は、その耐食性、機械的強度と非常に高い温度に耐える能力としての優れた特性により、マニホールド、技術枝の高い関心を集めています。これらの特性は、直径わずか数ナノメートルの測定孔を有するナノ構造の表面に基づいています。メソポーラス材料は、2nmの未満の細孔径を有する微孔質材料ながら、2〜50nmの間で姿勢サイズによって特徴付けられます。バイロイト大学(物理化学II科)の博士ダリアAndreeva含めた国際研究チームが成功し、このような金属製の構造物の設計と生産のための大型かつコスト効率の高い超音波手順を開発しました。

このプロセスでは、金属は、数ナノメートルの空洞が正確に規定された隙間に、進化するように水溶液中で処理されます。これらのオーダーメイドの構造については、空気清浄、エネルギー貯蔵や医療技術などの革新的なアプリケーションの幅広いスペクトルがすでに存在しています。特に有望なナノ複合材料における多孔質金属の使用です。これらは、非常に微細なマトリックス構造が20ナノメートルサイズまでの範囲の粒子が充填された複合材料の新しいクラスです。

UIP1000hdは、材料工学、ナノ構造および粒子改質のために使用される強力な超音波装置、です。 (拡大するにはクリックしてください!)

博士D. Andreevaを使用して、水性懸濁液中の固体粒子の超音波処理の手順を示し UIP1000hd 超音波発生装置(20 kHzの、1000W)。 Chのことで絵。ウィスラー

新しい技術は、LATに由来する物理(内キャビテーションと呼ばれる超音波発生した気泡の形成のプロセスを利用します。 “カヴス” = “空洞”)。船乗りでは、このプロセスが原因それは船のプロペラとタービンに引き起こす可能性が大きな被害に懸念されています。非常に高い回転速度では、蒸気の気泡が水中で形成します。極めて高圧気泡の崩壊内側下短い期間の後、このように金属表面を変形させます。のプロセス キャビテーション また、超音波を使用して生成することができます。超音波は、可聴範囲(20キロヘルツ)以上の周波数を有する粗密波で構成され、水及び水溶液中で真空気泡を発生させます。これらの気泡が崩壊するとき摂氏数千度の温度と最大1000バールの非常に高い圧力が発生します。

超音波装置のUIP1000hdは、高度に多孔性金属のナノ構造化のために使用されてきました。 (拡大するにはクリックしてください!)

金属粒子の修正の音響キャビテーションの効果の概略プレゼンテーション。
博士D. Andreevaによってピクチャー

上記のスキームは、金属粒子の改質に対する音響キャビテーションの影響を示す。亜鉛(Zn)として低融点(MP)の金属は完全に酸化される。ニッケル(Ni)およびチタン(Ti)のような高融点金属は、超音波処理の際に表面改質を示す。アルミニウム(Al)とマグネシウム(Mg)はメソポーラス構造を形成する。ノーベル金属は、酸化に対する安定性のために超音波照射に耐性がある。金属の融点はケルビン度(K)で指定します。

このプロセスを正確に制御することで、金属の物理的および化学的特性があるとすれば、水溶液中に浮遊している金属のナノ構造を標的とすることができる。このような超音波処理にさらされると、金属の反応は非常に異なります.Golm、Berlin、Minskの同僚と一緒にDr. Daria Andreevaが示されています。亜鉛、アルミニウム、マグネシウムなどの反応性の高い金属では、マトリックス構造が徐々に形成され、酸化物被膜によって安定化される。これにより、例えば複合材料でさらに加工することができる多孔質金属が得られる。しかし、金、白金、銀、パラジウムなどの貴金属は、異なる動作をします。それらの酸化傾向が低いために、超音波処理に抵抗し、初期構造および特性を保持する。

超音波処理によって、高分子電解質コーティングは、腐食から保護するように形成することができます。 (拡大するにはクリックしてください!)

腐食に対するアルミニウム合金の超音波保護。 【©Skorbら。 2011]

上記画像は、超音波はまた、腐食に対するアルミニウム合金の保護に使用することができることを示しています。左側に:高腐食性溶液中、表面のelectomicroscopic画像の下、上のアルミニウム合金の写真 - による超音波処理に - polyelectolyteコーティングが形成されています。このコーティングは、21日間腐食に対する保護を提供しています。右側:超音波処理に曝露されたことなく、同一のアルミニウム合金。表面が完全に腐食されます。

異なる金属が劇的に異なる方法で超音波処理に反応するという事実は、材料科学の革新に活用することができます。合金は、このようにして、より安定な材料の粒子がより安定性の低い金属の多孔質マトリックスに包まれたナノ複合材料に変換することができる。したがって非常に広い表面積は非常に限定された空間で生じ、これらのナノコンポジットを触媒として使用することを可能にする。それらは、特に迅速かつ効率的な化学反応をもたらす。

一緒に博士ダリアAndreevaと、研究者教授アンドレアスFery、博士ニコラスPazos-ペレスとジャナSchäferhansは、また、物理化学IIの部門の、研究成果に貢献しました。 Golmにおけるコロイド界面のマックスプランク研究所の同僚、ヘルムホルツ - ZentrumのベルリンのfürMaterialienウントエネルギー・社とミンスクでベラルーシ国立大学で、彼らは、ジャーナルでオンライン彼らの最新の成果を発表しています “ナノスケール”。

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

超音波プロセッサ UIP1000hd 金属のナノ構造化のための

お問い合わせ/詳細情報を求める

あなたの処理要件については、私たちに話します。私たちはあなたのプロジェクトのために最も適した設定と処理パラメータをお勧めします。





予めご了承ください。 個人情報保護方針


参照:

  • Skorb、エカテリーナV。 、ディミトリを修正。 Shchukin、ドミトリーG。 Möhwald、ヘルムート。 Sviridov、ドミトリーV。 Mousa、ラミ。 Wanderka、ネリア。 Schäferhans、ヤナ。 Pazos・ペレス、ニコラス。 Fery、アンドレアス。 Andreeva、ダリアV.(2011):金属スポンジのソノケミカル形成。ナノスケール – 最初の3/3、2011年985から993を進めます。
  • 多孔質金属を生成するための新しい手順:ウィスラー、クリスチャン(2011):超音波を用いて高精度ナノ構造。研究を見てください。バイロイト05の大学、2011年からの通信

さらに科学的な情報については、お問い合わせください:博士ダリアAndreeva、物理化学IIバイロイト大学の学部、95440バイロイト、ドイツ – 電話:+49(0)921/55から2750
電子メール:daria.andreeva@uni-bayreuth.de



知る価値のある事実

超音波組織ホモジナイザーは、多くの場合、プローブソニケータ、ソニックlyser、超音波破砕、超音波粉砕機、ソノruptor、ソニファイアー、ソニックジスメンブレーター、細胞破砕、超音波分散又は溶解と呼ばれます。異なる用語は、超音波処理によって達成することができ、さまざまなアプリケーションに起因します。