Ultraskaņas Nano-strukturēšana, lai ražotu porainu metālu

Sonokīmija ir ļoti efektīvs līdzeklis, lai inženierzinātņu un funkcionalizācija Nano materiāliem. Metalurģijas jomā ultraskaņas apstarošana veicina porainu metālu veidošanos. Dr. Daria Andreeva pētniecības grupa izstrādāja efektīvu un rentablu ultraskaņas palīdzību procedūru, lai ražotu mezopo, metālu.

Poraina metāli piesaista lielu interesi par kolektora tehnoloģiskajiem zariem, ņemot vērā to izcilās īpašības, piemēram, to izturību pret koroziju, mehānisko izturību un spēju izturēt ārkārtīgi augstas temperatūras. Šie rekvizīti ir balstīti uz nanostrukturētām virsmām ar porām, kas mēra tikai dažas nanometrus diametrā. Mesoporous materiāli raksturo rada izmēru no 2 līdz 50 nm, bet mikroporains materiāls ir poru izmērs ir mazāks par 2nm. Starptautiska pētniecības komanda, tostarp Dr. Daria Andreeva, Bayreuth University (fizikālā ķīmijas ministrija) ir veiksmīgi izstrādājusi lieljaudas un rentablu ultraskaņas procedūru, lai izstrādātu un ražotu šādu metāla konstrukciju .

Šajā procesā metāli tiek apstrādāti ūdens šķīdumā tā, ka dažu nanometrus dobumi attīstās precīzi noteiktos tukšumus. Šīm īpaši pielāgotām struktūrām jau ir plašs novatorisku lietojumu spektrs, tostarp gaisa attīrīšana, enerģijas uzglabāšana vai medicīnas tehnoloģijas. Īpaši daudzsološi ir porainu metālu izmantošana nanokompozītmateriāliem. Šīs ir jaunas klases kompozītmateriālu, kurā ļoti smalkas matricas struktūra ir piepildīta ar daļiņām, kuru izmērs ir līdz 20 nanometros.

UIP1000hd ir jaudīga ultraskaņas ierīce, ko izmanto materiālu inženierzinātnēs, nano strukturēšanā un daļiņu modifikācija. (Noklikšķiniet, lai palielinātu!)

Dr. D. Andreeva demonstrē cieto daļiņu ultraskaņas apstrādes procedūru ūdens suspensijā, izmantojot UIP1000hd ultrasonikators (20 kHz, 1000W). Picture by CH. Wißler

Jaunā tehnika izmanto procesu ultraskaņas radīto burbulis veidošanās, kas tiek saukts kavitāciju fizikā (atvasināts no Lat. “cavus” = “Dobu”). In jūrniecības, šis process ir bažas, jo liels kaitējums, tas var izraisīt kuģu propelleri un turbīnas. Ar ļoti lielu griešanās ātrumu tvaika burbulīši zem ūdens. Pēc īsa laika ar ļoti augstu spiedienu burbuļi sabrukt, tādējādi deformjot metāliskās virsmas. Procesa. kavitācija var arī ģenerēt, izmantojot ultraskaņu. Ultraskaņa sastāv no saspiešanas viļņiem, kuru frekvence pārsniedz skaņas diapazonu (20 kHz), un ūdens un ūdens šķīdumā rada vakuumburbuļus. Temperatūra vairāku tūkstošu grādu Celsija un ļoti augsta spiediena līdz 1000 bar rodas, ja šie burbuļi eksplodēt.

Ultraskaņas ierīce UIP1000hd ir izmantots ļoti porainu metālu nanostrukturēšanā. (Noklikšķiniet, lai palielinātu!)

Shematisks prezentācija akustisko kavitāciju ietekmi uz modifikāciju metāla daļiņām.
Picture by Dr. D. Andreeva

Iepriekš shēma rāda akustisko kavitāciju ietekmi uz modifikāciju metāla daļiņām. Metāli ar zemu kušanas temperatūru (MP) kā cinka (Zn) ir pilnīgi OKSIDĒTI; metāli ar augstu kušanas punktu, piemēram, niķeļa (NI) un titāna (ti) eksponēt virsmas modifikācija saskaņā ar ultraskaņas. Alumīnijs (Al) un magnijs (mg) veido mezzojas struktūras. Nobela metāli ir izturīgi pret ultraskaņas apstarošanu sakarā ar to stabilitāti pret oksidāciju. Metālu kausēšanas punkti ir precizēti Kelvina grādos (K).

Precīza kontrole pār šo procesu var izraisīt mērķtiecīgu nanostrukturēšana metālu suspendētas ūdens šķīdumā, ņemot vērā noteiktas fizikālās un ķīmiskās īpašības metāliem. Metāliem reaģē ļoti atšķirīgi, kad pakļauti šādai apstrādei ar ultraskaņu, jo Dr Daria Andreeva kopā ar kolēģiem Golm, Berlīnē un Minskā ir parādījusi. Metālu ar augstu reaktivitāti, piemēram, cinka, alumīnija un magnija, matricas struktūra tiek pakāpeniski izveidota, stabilizēts ar oksīda pārklājumu. Tas rada porainu metālu, kas, piemēram, var tikt tālāk apstrādāti kompozītmateriāliem. Noble metāli, piemēram, zelta, platīna, sudraba un Pallādijs tomēr uzvesties savādāk. Ņemot vērā to zemo oksidēšanās tendenci, tie pretoties ultraskaņas ārstēšanu un saglabā savas sākotnējās struktūras un īpašības.

Ar ultraskaņu, var veidoties polikelektrolīta pārklājums, kas pasargā no korozijas. (Noklikšķiniet, lai palielinātu!)

Alumīnija sakausējumu ultraskaņas aizsardzība pret koroziju. [© Skorb et al. 2011]

Attēlā redzams, ka ultraskaņu var izmantot arī alumīnija sakausējumu aizsardzībai pret koroziju. Kreisajā pusē: alumīnija sakausējuma fotogrāfija ļoti kodīga šķīdumā, zem elektomikroskopiskā virsmas attēla, uz kuras – sakarā ar ultraskaņu – veidojas polielectotolte pārklājums. Šis pārklājums nodrošina aizsardzību pret koroziju 21 dienu. Labajā pusē: tas pats alumīnija sakausējums, nav bijis pakļauts ultraskaņas apstrādei. Virsma ir pilnīgi sarūdēti.

Fakts, ka dažādi metāli reaģē dramatiski dažādos veidos, lai ultraskaņu var izmantot inovācijām materiālu zinātnē. Sakausējumus var pārvērst tādā veidā, lai nanokompozītu, kur daļiņas no stabilāka materiāla ir pārklāts poraina, mazāk stabila metāla matrica. Ļoti lielas virsmas teritorijas tādējādi rodas ļoti ierobežotā telpā, kas ļauj šos nanokompozītputnus izmantot kā katalizatorus. Tie ietekmē īpaši ātras un efektīvas ķīmiskās reakcijas.

Kopā ar Dr. Daria Andreeva, pētnieki Prof Dr Andreas Fery, Dr Nicolas Pazos-Perez un Jana Schäferhans, arī departamenta fizikālās ķīmijas II, veicināja pētījumu rezultātus. Kopā ar saviem kolēģiem no "Max Planck" koloīdu un saskarņu institūta Golm, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH un Baltkrievijas valsts universitāte Minskā, viņi ir publicējuši savus jaunākos rezultātus tiešsaistē žurnālā “Nanomēroga daļiņu”.

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

Ultraskaņas procesors UIP1000hd Nanotehnoloģiju strukturēšanai

Sazinieties ar mums / lūdzam papildu informāciju

Runājiet ar mums par savām apstrādes prasībām. Mēs iesakām vispiemērotākās uzstādīšanas un apstrādes parametrus savam projektam.





Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.


Atsauce:

  • Skorb, Ekaterina V.; Fix, Dimitri; Shchukin, Dmitry G.; Möhwald, Helmuth; Svaidovs, Dmitrijs V.; Mousa, rami; , Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): SONOCHEMICAL veidošanās metāla sūkļi. Nanomēroga daļiņu – Advance pirmo 3/3, 2011. 985-993.
  • Wißler, Christian (2011): ļoti precīzs nanostrukturēšana izmantojot ultraskaņu: jaunu procedūru, lai ražotu porainu metālu. Blick, die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.

Lai iegūtu papildu zinātnisku informāciju, lūdzu, sazinieties ar: Dr. Daria Andreeva, fiziskās ķīmijas nodaļa Bayreuth University, 95440 Bayreuth, Vācija – Telefons: + 49 (0) 921/55-2750
e-pasts: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



Fakti ir vērts zināt

Ultraskaņas audu homogenizatori bieži sauc par zondes sonicator, skaņas lyser, ultraskaņas disruptor, ultraskaņas dzirnaviņas, Sono-ruptor, sonifier, skaņas dismembrator, šūnu disrupter, ultraskaņas izkliedēšanas vai dissolver. Dažādi termini izriet no dažādām lietojumprogrammām, kuras var izpildīt ar ultraskaņu.