sonochemistry është një mjet shumë efektiv për inxhinierimin dhe funksionalizimin e materialeve nano. Në metalurgji, rrezatimi tejzanor nxit formimin e metaleve poroze. Grupi hulumtues i Dr. Daria Andreeva zhvilloi një procedurë efektive dhe me kosto efektive me ultratingull për të prodhuar metale të mesoporuara.

Metalet poroze tërheqin interes të lartë të degëve të shumta teknologjike për shkak të karakteristikave të tyre të shkëlqyera si rezistenca e tyre ndaj korrozionit, forca mekanike dhe aftësia për të përballuar temperatura jashtëzakonisht të larta. Këto karakteristika bazohen në sipërfaqet nanostrukturore me poret që matin vetëm disa nanometra në diametër. Materialet mesoporoze karakterizohen me madhësi pozitive midis 2 deri në 50 nm, ndërsa materiali mikroporoz kanë një madhësi pore më pak se 2nm. Një ekip ndërkombëtar kërkimor, duke përfshirë Dr Daria Andreeva të Universitetit Bayreuth (Departamenti i Kimisë Fizike II) ka zhvilluar me sukses një procedurë me ultratinguj të rëndë dhe me kosto efektive për projektimin dhe prodhimin e strukturave të tilla metalike.

Në këtë proces, metalet trajtohen në një solucion ujor në mënyrë të tillë që evolohen dëmtimet e disa nanometrave në boshllëqe të përcaktuara saktësisht. Për këto struktura të përshtatura, tashmë ekziston një spektër i gjerë aplikimesh të reja, duke përfshirë pastrimin e ajrit, ruajtjen e energjisë ose teknologjinë mjekësore. Veçanërisht premtuese është përdorimi i metaleve poroze në nanokompozit. Këto janë një klasë e re e materialeve të përbërë, në të cilën një strukturë shumë e mirë e matricës është e mbushur me grimca që shkojnë në madhësi deri në 20 nanometra.

Teknika e re përdor një proces të formimit ultrasonik të flluskave, që quhet cavitation në fizikë (që rrjedh nga lat. “Çavuş” = “i uritur”). Në det, ky proces ka frikë për shkak të dëmeve të mëdha që mund të shkaktojë për të transportuar helika dhe turbina. Për shpejtësi shumë të larta të rrotullimit, flluska me avull formohen nën ujë. Pas një periudhe të shkurtër nën presion jashtëzakonisht të lartë, flluska rrëzohet nga brenda, duke deformuar kështu sipërfaqet metalike. Procesi i cavitation gjithashtu mund të gjenerohet duke përdorur ultratinguj. Ultratinguj përbëhet nga valë kompresive me frekuenca mbi vargun audible (20 kHz) dhe gjeneron flluska vakumi në ujë dhe zgjidhje ujore. Temperaturat e disa mijë gradë celsius dhe presione jashtëzakonisht të larta deri në 1000 bar ngrihen kur këto flluska dalin.

Skema e mësipërme tregon efektet e cavitation akustike në modifikimin e grimcave metalike. Metale me një pikë të ulët të shkrirjes (MP) si zink (Zn) janë oksiduar plotësisht; metale me një pikë të lartë të shkrirjes si nikeli (Ni) dhe titani (Ti) shfaqin modifikimin e sipërfaqes nën sonication. Alumini (Al) dhe magnezi (Mg) formojnë struktura mezoporoze. Metalet Nobel janë rezistente ndaj rrezatimit me ultratinguj për shkak të stabilitetit të tyre kundër oksidimit. Pikat e shkrirjes së metaleve janë specifikuar në gradë Kelvin (K).

Një kontroll i saktë i këtij procesi mund të çojë në një nanostrukturim objektiv të metaleve të pezulluara në një solucion ujor - duke pasur parasysh karakteristikat e caktuara fizike dhe kimike të metaleve. Për metalet reagojnë shumë ndryshe kur ekspozohen ndaj një sonication të tillë, siç tregoi Dr. Daria Andreeva së bashku me kolegët e saj në Golm, Berlin dhe Minsk. Në metale me reaktivitet të lartë si zinku, alumini dhe magnezi, gradualisht formohet një strukturë matrice, e stabilizuar nga një shtresë oksidimi. Kjo rezulton në metale poroze që mund të përpunohen më tej në materiale të përbërë. Metalet fisnike si ari, platini, argjendi dhe paladiumi, megjithatë sillen ndryshe. Për shkak të tendencës së ulët të oksidimit, ata i rezistojnë trajtimit me ultratinguj dhe mbajnë strukturat dhe pronat e tyre fillestare.

Fotografia e mësipërme tregon se ultrazërit mund të përdoren gjithashtu për mbrojtjen e lidhjeve të aluminit kundër korrozionit. Në të majtë: Fotografia e një aliazhi alumini në një zgjidhje shumë korrozive, poshtë një imazhi elektromikroskopik të sipërfaqes, në të cilën - për shkak të sonikimit - është formuar një shtresë polyelectolyte. Kjo shtresë ofron një mbrojtje kundër korrozionit për 21 ditë. Në të djathtë: Të njëjtën aliazh alumini pa u ekspozuar ndaj sonication. Sipërfaqja është gërryer plotësisht.

Fakti që metalet e ndryshme reagojnë në mënyra dramatikisht të ndryshme për sonication mund të shfrytëzohen për novacionet në shkencë materiale. Lidhjet mund të konvertohen në mënyrë të tillë që të jenë nanokompozitë në të cilat grimcat e materialit më të qëndrueshëm janë të mbështjellë në një matricë poroze të metalit më pak të qëndrueshëm. Zonat sipërfaqësore shumë të mëdha ngrihen kështu në hapësirë shumë të kufizuar, gjë që lejon që këto nanokompozita të përdoren si katalizatorë. Ato ndikojnë veçanërisht reagimet kimike të shpejta dhe efikase.

Së bashku me Dr. Daria Andreeva, studiuesit Prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez dhe Jana Schäferhans, gjithashtu i Departamentit të Kimisë Fizike II, kontribuan në rezultatet e hulumtimit. Me kolegët e tyre në Institutin Max Colloids and Interfaces në Golm, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH dhe Universiteti Shtetëror Belarusian në Minsk, ata kanë botuar rezultatet e tyre të fundit në internet në revistën “nanoscale”.