Ultraschall-Nano-Strukturéiert fir Porous Metals produzéieren

Sonochemie ass e ganz effektive Tool fir den Ingenieur a Funktioun vun Nano Materialien. Bei der Metallurgie fördert d'Ultraschallbestralung d'Bildung vu porösen Metalle. D'Recherchegrupp vum Dr. Daria Andreeva entwéckelt eng effektiv a kostengätegt Ultraschall assistéiert Prozedur fir mesoporös Metalle produzéieren.

Poröse Metalle stellen e grousst Interesse vu villfäheg technologesche Branchen opgewuess well se hir aussergewéinlech Charakteristiken wéi hir Korrosiounsbeständegkeet, mechanesch Kraaft an d'Kapazitéit fir extrem héich Temperaturen bestoen. Dës Eegeschafte baséieren op den nanostrukturéierte Flächen mat Poren, déi nëmmen e puer Nanometer am Duerchmiesser messen. Mesoporöse Materialien sinn duerch Posenzgréissten tëschent 2 bis 50 nm geprägt, a Mikroporousematerial eng Porengröße vu manner wéi 2 nm. Eng international wëssenschaftlech Team, dorënner Dr. Daria Andreeva vun der Universitéit Bayreuth (Department of Physical Chemistry II), huet eng staark schwéierend an erfollegend Ultraschallprozedur fir d'Konstruktioun an d'Produktioun vun esou metallesche Strukturen erstallt.

An dësem Prozess ginn Metalle an enger wässeriger Léisung sou ofgelenkt datt d'Huelraim vun e puer Nanometer evoluéieren, an genau definéiert Lücken. Fir dës maîtriséierter Strukturen ass et e grousst Spektrum vun innovativen Applikatiounen, dorënner d'Loftreinigung, d'Energiespeich oder d'Medizintechnologie. Besonnesch verspriechent ass d'Verwäertung vu porösen Metalelen an Nanokompositen. Dëst sinn eng nei Klass vun Composite-Materialien, bei deenen eng ganz fein Matrixstruktur mat Partikelen mat bis zu 20 Nanometer gepeelt gëtt.

D'UIP1000hd ass e kräftegen Ultraschall-Apparat, dee fir Materialien Ingenieur, Nano Strukturéierung a Partikel Modifikatioun benotzt gëtt. (Klickt fir ze vergréisseren)

De Dr. Andreeva demonstriert d'Prozedur vun der Sonikung vun festeg Partikeln an enger wässrescher Suspension UIP1000hd Ultraschall (20 kHz, 1000W). Bild vum Ch. Wißler

Déi nei Technik benotzt een Prozess vun der ultraschaller Generatioun vu Blummenbildung, wat als Kavitation an der Physik bezeechent gëtt (vun der lat. “cavus” = “huel”). Am Seafaring gëtt dësen Prozess gefarannt wéinst dem grousse Schued, deen et verursaacht fir Propeller an Turbinen ze schécken. Fir ganz héich Rotatiounsgeschalt, Dampwerfel bilden ënner Waasser. No enger kuerzer Period ënnert extremem Drock verklappt d'Blasen aneneen, doduerch datt d'metallesch Flächen deforméiert ginn. De Prozess vu Kavitation kënnen och mat Ultraschall generéiert ginn. Ultraschall ass aus Kompressionswellen mat Frequenzen iwwer dem hörbaren Bereich (20 kHz) komponéiert a produzéiert Vakuummillen an Waasser a wässerweren Léisungen. Temperaturen vu verschidden Tausend Grad Celsius an extrem héich Drëck bis bis 1000 Bar entstoen wann dës Blasen implizéieren.

D'Ultraschallvorrichtung UIP1000hd gouf fir d'Nanostrukturéierung vu héich porösen Metalle benotzt. (Klickt fir ze vergréisseren)

Schematesch Presentatioun vun Effekter vun akustesche Kavitation iwwer Modifikatioun vun Metallpartikelen.
Foto vum Dr. D. Andreeva

Dëst Schema weist d'Effekter vum akustesche Kavitation iwwer Modifikatioun vun Metallpartikel. Metalle mat engem nidderegen Schmelzpunkt (MP) als Zink (Zn) goufen komplett oxidéiert; Metalle mat engem héiche Schmelzpunkt wéi Nickel (Ni) an Titan (Ti) weisen d'Uewerflächenmodifikatioun ënnert der Ophellung. Aluminium (Al) a Magnesium (Mg) bilden mesoporöse Strukturen. Nobel Metalle sinn resistent géint d'Ultraschallbestralung wéinst der Stabilitéit géint d'Oxidatioun. D'Schmelzpunkte vun de Metalle sinn an de Kelvin (K) festgeluegt.

Machtkräfteg Ultraschallkräfte sinn eng bekannten a verlässlech Technik fir Extraktioun (Klick fir d'Vergréisserung!)

Ultraschall Kavitation a Flëssegket

Eng genee Kontroll iwwer dëse Prozess kann zu enger gezielter Nanostrukturatioun vu Metallen an enger wässereger Léisung suspendéiert ginn - mat bestëmmten physikaleschen a chemesche Charakteristiken vun den Metalle. Fir Metalle reagéiere ganz differenziell, wann si sou sonicéiere exponéiert ginn, wéi Dr. Daria Andreeva zesumme mat hir Kollegen am Golm, Berlin an Minsk weist. In Metalelen mat héijer Reaktivitéit wéi Zink, Aluminium a Magnesium gëtt eng Matrixstruktur ofgeleetent a stabiliséiert vun enger Oxideschichtung. Dëst entsteet porösen Metalelen, déi zum Beispill am Verbundwerkstoff weiderveraarbecht ginn kënnen. Edelgemeng Metalle wéi Gold, Platin, Silber a Palladium hu sech awer anescht bewäerten. Wéinst hirer gerénger Oxidatiounsticket widderhuelen sie d'Ultraschallbehandlung an behale seng ufanks Strukturen an Eegeschafte.

Duerch d'Ophänkungsanlag kann e Polyelektrolytbeschicht gebildet ginn, deen géint Korrosioun schützt. (Klickt fir ze vergréisseren)

Ultraschallschutz vun Aluminiumlegierungen géint Korrosioun. [© Skorb et al. 2011]

D'Bild hei uewen weist datt den Ultraschall och zum Schutz vun Aluminiumlegierungen géint Korrosioun benotzt gëtt. Op der lénker Säit: D'Foto vun enger Aluminiumlegie an enger héich korrosiver Léisung, ënner engem elektromikroskopesche Bild vun der Uewerfläch, op deem - wéinst der Ophiestatioun - e Polyopeolyteschnitt gebilt gouf. Dës Beschichtung bitt e Schutz géint Korrosioun fir 21 Deeg. Op der richteger: Déi selwescht Aluminiumlegie, ouni datt d'Sonikatioun exponéiert ass. D'Uewerfläch ass komplett verschmëlzelt.

D'Tatsaach datt verschidden Metalle reegelméisseg ënnerschiddlech Weeër fir Opléisung reagéiere fir Innovatiounen an der Materialwëssenschaft. Alloys kënnen an sou engem Ëmfeld ëmgewandelt ginn, bei deenen Partikelen vum méi stabile Material an enger poröse Matrix vum manner stabilen Metal ëmgedeckt sinn. Ganz grouss Uewerflächenhannerzéiungen entstinn also an engem ganz limitéierten Raum, wat dës Nanocomposite als Katalysatoren benotzt kënne ginn. Si bewirkt virun allem séier an effizient chemesch Reaktiounen.

Zesumme mam Dr. Daria Andreeva hunn d'Fuerscher Prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez an Jana Schäferhans, och vun der Departement Physikalescher Chemie II, zu den Fuerschungsresultater bäigedroen. Mat hir Kollegen am Max-Planck-Institut fir Kolloiden an Interfaces am Golm, dem Helmholtz-Zentrum Berlin fir Materialien an Energie GmbH an der Belarussescher Staatskonferenz am Minsk, hunn hir lescht Resultater online publizéiert an der Zeitung “Nanoscale”.

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

Ultraschall Prozessor UIP1000hd fir Nano-Strukturéierung vu Metallen

Kontaktéiert eis / frot bei méi Informatiounen

Diskussioun un eis iwwert Är Veraarbechtung Ufuerderunge. Mir wäerten déi gëeegent charge an Veraarbechtung Parameteren fir Äre Projet recommandéieren.






Referenz:

  • Skorb, Ekaterina V.; Fix, Dimitri; Schchukin, Dmitry G .; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitry V.; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Sonochemesch Bildung vu Metallspongelen. Nanoscale – Virgäng éischt 3/3, 2011. 985-993.
  • Wißler, Christian (2011): Highly Precise Nanostrukturatioun duerch Ultraschall: nei Prozedure fir porösen Metal ze produzéieren. Blick zu der Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.

Fir weider wëssenschaftlech Informatiounen kontaktéiert: Dr. Daria Andreeva, Institut fir Physikalesch Chemie II Bayreuth University, 95440 Bayreuth, Däitschland – Telefon: +49 (0) 921 / 55-2750
E-Mail: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



Fakten Wësse wat weess

Ultraschallgewënnhomogeniseren ginn oft als Sonde-Sonikater genannt, sonic Lyser, Ultraschall-Verzerrer, Ultraschallschleifer, Sono-Ruptor, Verdënger, Klangentwécker, Zilerstouss, Ultraslon-Disperser oder Dissolver. Déi ënnerschiddlech Begrëffer entstoen vun de verschiddene Programmer déi duerch Opléisung erfëllt ginn kann.