Ультразвуковое наноструктурирование для получения пористых металлов
Сонохимия является очень эффективным инструментом для инженерии и функционализации наноматериалов. В металлургии ультразвуковое облучение способствует образованию пористых металлов. Исследовательская группа доктора Дарьи Андреевой разработала эффективную и экономичную ультразвуковую процедуру получения мезопористых металлов.
Пористые металлы вызывают большой интерес у самых разных технологических отраслей благодаря своим выдающимся характеристикам, таким как коррозионная стойкость, механическая прочность и способность выдерживать экстремально высокие температуры. Эти свойства основаны на наноструктурированных поверхностях с порами диаметром всего в несколько нанометров. Мезопористые материалы характеризуются размерами поз от 2 до 50 нм, в то время как микропористые материалы имеют размер пор менее 2 нм. Международная исследовательская группа, в которую входит доктор Дарья Андреева из Байройтского университета (факультет физической химии II), успешно разработала сверхпрочную и экономичную ультразвуковую процедуру для проектирования и производства таких металлических структур.
В этом процессе металлы обрабатываются в водном растворе таким образом, что в точно определенных зазорах образуются полости размером в несколько нанометров. Для этих конструкций по индивидуальному заказу уже существует широкий спектр инновационных применений, включая очистку воздуха, хранение энергии или медицинские технологии. Особенно перспективным является использование пористых металлов в нанокомпозитах. Это новый класс композитных материалов, в которых очень тонкая матричная структура заполнена частицами размером до 20 нанометров.

Д-р Д. Андреева демонстрирует процедуру ультразвуковой обработки твердых частиц в водной суспензии с использованием УИП1000HD ультразвуковой аппарат (20 кГц, 1000 Вт). Рисунок Х. Висслера

Схематическое изображение эффектов акустической кавитации на модификацию металлических частиц.
Рисунок д-ра Д. Андреевой
На приведенной выше схеме показано влияние акустической кавитации на модификацию металлических частиц. Металлы с низкой температурой плавления (MP), такие как цинк (Zn), полностью окисляются; металлы с высокой температурой плавления, такие как никель (Ni) и титан (Ti), демонстрируют изменение поверхности под действием ультразвука. Алюминий (Al) и магний (Mg) образуют мезопористые структуры. Металлы Nobel устойчивы к ультразвуковому облучению благодаря своей устойчивости к окислению. Температура плавления металлов указывается в градусах Кельвина (К).

ультразвуковая кавитация в жидком состоянии
На рисунке выше показано, что ультразвук также может использоваться для защиты алюминиевых сплавов от коррозии. Слева: Фотография алюминиевого сплава в высококоррозионном растворе, под электронно-микроскопическим изображением поверхности, на которой под действием ультразвука образовалось полиэлектронное покрытие. Это покрытие обеспечивает защиту от коррозии в течение 21 дня. Справа: тот же алюминиевый сплав без воздействия ультразвука. Поверхность полностью корродирована.
Тот факт, что разные металлы по-разному реагируют на ультразвук, может быть использован для инноваций в материаловедении. Сплавы могут быть преобразованы таким образом в нанокомпозиты, в которых частицы более стабильного материала заключены в пористую матрицу менее стабильного металла. Таким образом, в очень ограниченном пространстве образуются очень большие площади поверхности, которые позволяют использовать эти нанокомпозиты в качестве катализаторов. Они вызывают особенно быстрые и эффективные химические реакции.
Вместе с доктором Дарьей Андреевой исследователи профессор доктор Андреас Фери, доктор Николас Пазос-Перес и доктор Яна Шеферханс, также из отдела физической химии II, внесли свой вклад в результаты исследования. Вместе с коллегами из Института коллоидов и интерфейсов им. Макса Планка в Гольме, Берлинского центра Гельмгольца по материалам и энергетике и Белорусского государственного университета в Минске они опубликовали свои последние результаты в журнале “Наномасштаб”.

ультразвуковой процессор УИП1000HD для наноструктурирования металлов
Ссылка:
- Скорб, Екатерина Владимировна; Фикс, Дмитрий; Щукин, Дмитрий Григорьевич; Möhwald, Helmuth; Свиридов Дмитрий Владимирович; Муса, Рами; Вандерка, Нелия; Шеферханс, Яна; Пазос-Перес, Николас; Фери, Андреас; Андреева, Дарья Владимировна (2011): Сонохимическое образование металлических губок. Наномасштаб – Аванс сначала 3/3, 2011. 985-993.
- Висслер, Кристиан (2011): Высокоточное наноструктурирование с использованием ультразвука: новая процедура получения пористых металлов. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.
Для получения дополнительной научной информации, пожалуйста, обращайтесь: Д-р Дарья Андреева, Факультет физической химии II Байройтского университета, 95440 Байройт, Германия – Телефон: +49 (0) 921 / 55-2750
Электронная почта: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
Факты, которые стоит знать
Ультразвуковые гомогенизаторы тканей часто называют зондовым ультразвуковым аппаратом, звуковым лизером, ультразвуковым разрушителем, ультразвуковым измельчителем, соноразрывом, сонификатором, звуковым дисмембранатором, клеточным разрушителем, ультразвуковым диспергатором или растворителем. Различные термины являются результатом различных применений, которые могут быть выполнены с помощью ультразвуковой обработки.
- смешивание
- Эмульгирующие
- Диспергирующий
- деагломерация
- мокрый помол
- Дегазация
- растворение
- Извлечение
- гомогенизация тканей
- Сонофрагментация
- брожение
- очистка
- Соносинтез
- Сонокатализ
- осадки
- Соно-выщелачивание
- деградация