Ultrazvučna Nano-Struktuiranje za proizvodnju poroznih metala

Сонохемија je veoma efikasna alatka za inženjering i funkcionalizaciju Nano materijala. U metalurgiji, ultrasonični nezračenje promoviše nastanak poroznih metala. Istraživačka grupa dr Daria Andreeva razvila je efikasan i ekonomizno-efikasnu proceduru uz pomoć ultrazvukom za proizvodnju mezopornih metala.

Porozni metali privlače visoko interesovanje za mnogobrojne tehnološke grane zbog svojih izuzetnih karakteristika kao što su otpornost na koroziju, mehanička snaga i sposobnost da izdrže izuzetno visoke temperature. Ova svojstva su bazirana na nanostrukturiranim površinama sa pore koji imaju samo nekoliko nanometara u prečniku. Mezoporozni materijali odlikuju se pozu od 2 do 50 Nm, dok mikroporozni materijal imaju pažljivo proučavaju veličine manje od 2nm. Međunarodni Istraživački tim uključujući Dr. Daria Andreeva sa Bayreuth univerziteta (Odsek fizičke hemije II) uspešno je razvio tešku i ekonomičko-efikasnu ULTRAZVUČNU proceduru za projektovanje i proizvodnju takvih metalnih struktura .

U ovom procesu, metali se tretiraju u veoma nepouzdanoj rešenju tako da se u precizno definisanim manjkavostima razvijaju neke nanometres. Za ove strukture koje se prilagođavaju, već postoji širok spektar inovativnih aplikacija, uključujući čišćenje vazduha, snabdevanje energijom ili medicinsku tehnologiju. Posebno je obećavajući korišćenje poroznih metala u nanokompozitima. Ovo su nova klasa kompozitnih materijala, u kojima je veoma fina matrični konstrukcija ispunjena čestica u veličini do 20 nanometres.

UIP1000hd je moćan ultrasonični uređaj koji se koristi za inženjering materijala, nano struktuiranje i modifikaciju čestica. (Kliknite da biste uvećali!)

Dr. D. Andreeva demonstrira postupak sonsikacija čvrstih čestica u nepouzdanoj suspenziji, korišćenjem УИП1000хд ultrasonicator (20 kHz, 1000W). Slika by CH. Wißler

Nova tehnika koristi proces ultrasonikalno generisanog formiranja mehura, što se smatra kavitacijom u fizici (proistekle iz Lat. “kavus” = “Љuplje”). U obalnu, ovaj proces se strahuje zbog velike štete koja može prouzrokovati da isporuči propali i turbine. Za veoma visoke brzine rotacije, u vodi se nalazi i mehurići sa parom. Nakon kratkog perioda pod izuzetno visokim pritiskom, mehurići se skupljaju i na taj način deformisajući metalske površine. Je proces кавитација može se generisati i upotrebom ultrazvuk. Ultrazvuk se sastoje od kompresivih talasa sa frekvencijama iznad audio raspona (20 kHz) i generiše vakuumske mehuriće u vodi i u vidu. Temperature od nekoliko hiljada stepeni Celzijusa i izuzetno visokog pritiska do 1000 bar nastaju kada ovi mehurići implode.

Ultrasonični uređaj UIP1000hd je korišten za nanostruktuiranje izuzetno poroznih metala. (Kliknite da biste uvećali!)

Shematski prikaz dejstva akustične kavitacije o modifikaciji metalnih čestica.
Slika Dr. D. Andreeva

Gorenavedena šema pokazuje efekte akustične kavitacije na izmenu čestica metala. Metali sa niskim tačkama topljenja (MP) kao cinka (Zn) su potpuno oksidovane; metali sa visokim tačkama topljenja kao što su nikla (ni) i Titova (ti) promena površine eksponata pod sonitinom. Aluminijum (Al) i magnezijum (mg) formira meoporalne strukture. Nobelovi metali su otporni na ultrazvuk neradijacije zbog njihove stabilnosti u odnosu na oksidaciju. Tačke topljenja metala su precizirane u stepenima Kelvin (K).

Precizna kontrola ovog procesa može dovesti do ciljane nanostrukturne vrste metala koji su suspendovani u veoma jeftino rešenje – imajući u vidu određene fizičke i hemijske karakteristike metala. Za metale reaguju vrlo drugačije kada su izložene takvoj Soniji, kao što je dr Daria Andreeva zajedno sa kolegama iz Golma, Berlin i Minsk. U metalima sa visokom reaktivnošću kao što su cinka, aluminijum i magnezijum, postepeno se formira struktura matrice, koja se stabilizovala oksid metala. To rezultira poroznim metalima koji se mogu na primer dodatno obraditi u kompozitnim materijalima. Plemenite metali kao što su zlatna, platina, srebrna i paladijum, ipak se ponašaju drugačije. Po nalogu niske oksidacije, oni se odoli ultrazvuku i zadrže svoje prvobitne strukture i imovinu.

Uz sonsikaciju, može se formirati polyelektrolito premija koja štiti od korozije. (Kliknite da biste uvećali!)

Ultrasonna zaštita aluminijumskih legura protiv korozije. [© Skorb et Al. 2011]

Slika iznad pokazuje da se ultrazvuk može koristiti i za zaštitu aluminijumskih legura protiv korozije. Sa leve strane: slika legure aluminijuma u izuzetno nagriza rešenju, ispod elektomicroskopske slike površine, na kojoj – zbog sonacija – je formiran polielektolikski premazi. Ovo oblaganje pruža zaštitu od korozije 21 dan. Na desnoj strani: iste legure aluminijuma bez da je izložena soniranost. Površina je potpuno korotana.

Činjenica da različiti metali reaguju na drastično različite načine za sonitete mogu da se eksploatišu za inovacije u materijalima u nauci. Legure se mogu konvertovati na takav način do nanokompozita u kojima se čestica stabilnijeg materijala opterećuje u poroznom matrici manjeg stabilnog metala. Veoma velike površinske oblasti se javljaju u veoma ograničenom prostoru, što omogućava da se te nanokompoziti koriste kao katalokovi. Oni deluju posebno brzim i efikasnim hemijskim reakcijama.

Kao i Dr. Daria Andreeva, istraživači prof. dr Andreas Fery, dr Nikola PAZOS-Perez i Jana Schäferhans, takođe u odeljenju fizičke hemije II, doprineli su rezultatima istraživanja. Sa svojim kolegama na "Maks Planck" Institutu za Koloids i interfejse u Golm-u, the Helmholc-Zentrum Berlin und, Energie GmbH i Beograarusian državni univerzitet u Minsku, objavili su svoje najnovije rezultate na internetu u časopisu “Nanoscale”.

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

Ултразвучни процесор УИП1000хд za Nano-Struktuiranje metala

Контактирајте нас / Питајте за више информација

Разговарајте са нама о вашим захтевима за обраду. Ми ћемо препоручити најпогодније параметре подешавања и обраде за свој пројекат.





Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.


Referenca:

  • Skorb, Ekaterina V.; Popravka, Dimitri; Ššukin, Dimitri G.; Möhvold, Helmuth; Sviridov, Dimitri V.; Modsa, Rami; Vanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; PAZOS-Perez, Nikola; Ferija, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Sonohemijska formacija armature. Nanoscale – Advance prvo 3/3, 2011. 985-993.
  • Wißler, hrišćanin (2011): veoma precizna nanostrukturna upotreba ultrazvuka: nova procedura za proizvodnju poroznih metala. Blick u Die Foršung. Mitteilungen Der Universität Bayreuth 05, 2011.

Za detaljnije naučne informacije, molimo kontaktirajte: Dr. Daria Andreeva, katedra za fizičku hemiju II Bayreuth univerzitet, 95440 Bayreuth, Nemačka – telefon: + 49 (0) 921/55-2750
Email: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



Чињенице вреди знати

Ultrasonični homogenizeri su često pomenuti kao sonicator, sonični, Ultrazvučni razarač, Ultrazvučni grder, Sono-ruptor, sonifikator, sonični dezmembriker, razarač ćelija, ultrasonični RASPRŠIVAČ ili dissolver. Različiti pojmovi nastaju iz različitih aplikacija koje mogu da ispune soniranost.