Ultrazvukový Nano-štruktúrovanie vyrábať porézne kovy

Sonochemistry je veľmi efektívny nástroj pre inžinierstvo a funkcionalizáciu nano materiálov. V metalurgie, ultrazvukové ožarovanie podporuje tvorbu pórovitých kovov. Výskumná skupina Dr Daria Andreeva vyvinula efektívny a nákladovo efektívny Ultrazvuk-pomáhal postup na výrobu mezoporous kovov.

Porézne kovy priťahujú veľký záujem o rozmanité technologické vetvy vzhľadom na ich vynikajúce vlastnosti, ako je odolnosť proti korózii, mechanická pevnosť a schopnosť odolávať mimoriadne vysokým teplotám. Tieto vlastnosti sú založené na nanoštruktúrovaných povrchoch s pórmi, ktoré merajú len niekoľko nanometrov v priemere. Mezoporous materiály sú charakterizované predstavovať veľkostí medzi 2 až 50 nm, zatiaľ čo mikropórovitý materiál má veľkosť pórov menej ako 2nm. Medzinárodný výskumný tím, vrátane Dr Daria Andreeva z Bayreuth University (Katedra fyzikálnej chémie II) úspešne vyvinula ťažký-Duty a nákladovo efektívny ultrazvuk postup pre navrhovanie a výrobu takýchto kovových konštrukcií .

V tomto procese sa kovy ošetrujú vo vodnom roztoku takým spôsobom, že sa v presne vymedzených medzerách vyvíjajú dutiny niekoľkých nanometrov. Pre tieto prispôsobené štruktúry už existuje široké spektrum inovatívnych aplikácií vrátane čistenia vzduchu, skladovania energie alebo zdravotníckej techniky. Zvlášť sľubné je použitie pórovitých kovov v nanokompozitov. Jedná sa o novú triedu kompozitných materiálov, v ktorých je veľmi jemná matica štruktúra naplnená častíc v rozmedzí veľkosti až 20 nanometrov.

UIP1000hd je mocný Ultrazvukový prístroj, ktorý sa používa pre materiály inžinierstva, Nano štruktúrovanie a časticovej modifikácie. (Kliknite pre zväčšenie!)

Dr. D. Andreeva demonštruje postup ultrazvukom tuhých častíc vo vodnej suspenzii pomocou Uip1000hd ultrasonicator (20 kHz, 1000W). Obrázok ch. Wißler

Nová technika využíva proces rozpúšťadle generované bublina formácie, ktorá sa nazýva kavitácie vo fyzike (odvodené od lat. “Cavus” = “Duté”). V námorníctvo, tento proces sa bál kvôli veľkej škody môže spôsobiť, že loď vrtule a turbíny. Pre pri veľmi vysokých rýchlostiach otáčania, parné bubliny tvoria pod vodou. Po krátkom období pod extrémne vysokým tlakom bubliny kolaps dovnútra, a tak deformovaný kovových povrchov. Proces kavitácia môže byť tiež generovaný pomocou ultrazvuku. Ultrazvuk sa skladá z kompresionální vlny s frekvenciami nad akustický rozsah (20 kHz) a vytvára vákuové bubliny vo vode a vodných roztokov. Teploty niekoľkých tisíc stupňov Celzia a extrémne vysoké tlaky až do 1000 Bar vznikajú, keď tieto bubliny implode.

Ultrazvukový prístroj UIP1000hd bol použitý pre nanoštruktúrovanie vysoko pórovitý kovov. (Kliknite pre zväčšenie!)

Schematické predstavenie účinkov akustickej kavitácie na modifikáciu kovových častíc.
Obrázok Dr. D. Andreeva

Schéma vyššie ukazuje účinky akustickej kavitácie na modifikáciu kovových častíc. Kovy s nízkym bodom topenia (MP) ako zinok (Zn) sú úplne oxidované; kovy s vysokým bodom topenia, ako je nikel (NI) a titánu (ti) vykazujú povrchovú úpravu pod ultrazvukom. Hliníkové (Al) a horčík (mg) tvoria mezoporózne štruktúry. Nobelova kovov sú odolné voči ultrazvukovému žiareniu kvôli ich stabilite proti oxidácii. Body topenia kovov sú špecifikované v stupňoch Kelvin (K).

Presná kontrola tohto procesu môže viesť k cielenej nanoštruktúrovanie kovov zavesených vo vodnom roztoku – vzhľadom na určité fyzikálne a chemické vlastnosti kovov. Pre kovy reagujú veľmi odlišne, keď vystavené takej ultrazvukom, ako Dr Daria Andreeva spolu so svojimi kolegami v Golm, Berlíne a Minsku ukázala. V kovoch s vysokou reaktivitou, ako je zinok, hliník a horčík, sa postupne vytvára maticová štruktúra, stabilizovaná oxidujúcim povrchom. To má za následok porézne kovy, ktoré sa môžu napríklad ďalej spracovávať v kompozitných materiáloch. Ušľachtilé kovy ako zlato, platina, striebro a Paládium sa však správajú odlišne. Vzhľadom na ich nízku oxidačnú tendenciu odolávajú ultrazvukovému ošetreniu a zachovávajú si svoje počiatočné štruktúry a vlastnosti.

Ultrazvukom sa môže vytvoriť polyelektrolytový povlak, ktorý chráni pred koróziou. (Kliknite pre zväčšenie!)

Ultrazvukový ochrana hliníkových zliatin proti korózii. [© Skorb et al. 2011]

Na obrázku vyššie ukazuje, že ultrazvuk môže byť tiež použitý na ochranu hliníkových zliatin proti korózii. Na ľavej strane: fotografie z hliníkovej zliatiny vo vysoko korozívnom roztoku, pod elektroskopický obraz povrchu, na ktoré – vzhľadom k ultrazvukom – polyelectolyte povlak bol tvorený. Tento povlak ponúka ochranu proti korózii po dobu 21 dní. Vpravo: rovnaká hliníková zliatina bez toho, aby bola vystavená ultrazvukom. Povrch je úplne corroded.

Skutočnosť, že rôzne kovy reagujú dramaticky rôznymi spôsobmi ultrazvukom môže byť využitý pre inovácie v materiáloch vedy. Zliatiny môžu byť prevedené tak, aby nanokompozity, v ktorých častice stabilnejšieho materiálu sú uzavreté v porézne matice menej stabilný kov. Veľmi veľké plochy tak vznikajú vo veľmi obmedzenom priestore, ktorý umožňuje, aby sa tieto nanokompozity používali ako katalyzátory. Majú vplyv najmä rýchle a efektívne chemické reakcie.

Spolu s Dr. Daria Andreevom vedci prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez a Jana Schäferhans, tiež oddelenia fyzikálnej chémie II, prispeli k výsledkom výskumu. S ich kolegami na Max Planck ústav koloidov a rozhraní v Golm, Helmholtz-Zentrum Berlín für Materialien und energie GmbH a Bieloruskej štátnej univerzity v Minsku, ktoré uverejnili svoje najnovšie výsledky on-line v časopise “Nanometrov”,

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

Ultrazvukový procesor Uip1000hd pre Nano-štruktúrovanie kovov

Kontaktujte nás / požiadajte o ďalšie informácie

Porozprávajte sa s nami o vaše požiadavky na spracovanie. Odporučíme najvhodnejšie nastavenie a spracovanie parametrov pre váš projekt.





Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Referenčné:

  • Skorb, Ekaterina V.; Opraviť, Dimitri; Shchukin, Dmitrij G.; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitry V.; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Sonochemická tvorba kovových hubov. Nanometrov – Advance prvý 3/3, 2011. 985-993.
  • Wißler, Christian (2011): vysoko presná nanoštruktúrovanie pomocou ultrazvuku: nový postup na výrobu pórovitých kovov. Blick v Die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.

Pre ďalšie vedecké informácie prosím kontaktujte: Dr. Daria Andreeva, Katedra fyzikálnej chémie II Bayreuth University, 95440 Bayreuth, Nemecko – telefón: + 49 (0) 921/55-2750
e-mail: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



Fakty stojí za to vedieť

Ultrazvukové tkanivo homogenizers sú často označované ako sonda sonicator, Sonic lyser, ultrazvuk disruptor, Ultrazvukový mlynček, sono-ruptor, sonifier, Sonic dismembrator, bunkovej disruptora, Ultrazvukový rozprašovačom alebo dezriešiteľ. Rôzne termíny vyplývajú z rôznych aplikácií, ktoré môžu byť splnené ultrazvukom.