อัลตราโซนิกนาโนในการผลิตโครงสร้างโลหะที่มีรูพรุน

sonochemistry เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับงานวิศวกรรมและฟังก์ชันของวัสดุนาโน ในโลหะ, ฉายรังสีอัลตราโซนิกส่งเสริมการก่อตัวของโลหะมีรูพรุน กลุ่มงานวิจัยของดร. ดาเรีย Andreeva พัฒนาขั้นตอนการอัลตราซาวนด์ช่วยที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนที่มีประสิทธิภาพในการผลิตโลหะเม

โลหะที่มีรูพรุนสูงดึงดูดความสนใจของสาขาเทคโนโลยีนานาเนื่องจากลักษณะที่โดดเด่นของพวกเขาเช่นความต้านทานการกัดกร่อนของพวกเขา, ความแข็งแรงเชิงกลและความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงเหลือเกิน คุณสมบัติเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับพื้นผิวอิเล็กทรอนิคส์ที่มีรูขุมขนวัดเพียงไม่กี่นาโนเมตรเส้นผ่าศูนย์กลาง วัสดุเมโดดเด่นด้วยขนาดที่ก่อให้เกิดระหว่าง 2-50 นาโนเมตรในขณะที่วัสดุพรุนมีขนาดรูพรุนน้อยกว่า 2NM ทีมวิจัยระหว่างประเทศรวมทั้งดร Daria Andreeva มหาวิทยาลัยไบรอยท์ (กรมทางกายภาพเคมี II) ได้มีการพัฒนาประสบความสำเร็จในงานหนักและวิธีการอัลตราซาวนด์ต้นทุนที่มีประสิทธิภาพสำหรับการออกแบบและการผลิตโครงสร้างโลหะดังกล่าว

ในขั้นตอนนี้โลหะจะรับการรักษาในสารละลายในลักษณะที่ว่าฟันผุในไม่กี่นาโนเมตรมีวิวัฒนาการในช่องว่างที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ เหล่านี้โครงสร้าง tailor-made, มีอยู่แล้วสเปกตรัมกว้างของการประยุกต์ใช้นวัตกรรมรวมถึงการทำความสะอาดอากาศ, การจัดเก็บพลังงานหรือเทคโนโลยีทางการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีแนวโน้มคือการใช้โลหะที่มีรูพรุนใน nanocomposites เหล่านี้เป็นคลาสใหม่ของวัสดุคอมโพสิตซึ่งในโครงสร้างเมทริกซ์ดีมากเต็มไปด้วยอนุภาคซึ่งมีขนาดถึง 20 นาโนเมตร

UIP1000hd เป็นอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพซึ่งจะใช้สำหรับวิศวกรรมวัสดุนาโนและการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของอนุภาค (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)

ดร. D. Andreeva แสดงให้เห็นถึงขั้นตอนของการ sonication ของอนุภาคของแข็งในสารแขวนลอยในน้ำโดยใช้ UIP1000hd ultrasonicator (20 เฮิร์ทซ์, 1000W) รูปภาพโดย Ch Wißler

เทคนิคใหม่ใช้กระบวนการของการก่อฟองสร้าง ultrasonically ซึ่งเรียกว่าโพรงอากาศในฟิสิกส์ (มาจากลาดพร้าว “Cavus” = “กลวง”) ในการเดินเรือขั้นตอนนี้จะกลัวเนื่องจากความเสียหายที่ดีก็สามารถก่อให้เกิดการใบพัดเรือและเครื่องกังหัน สำหรับการหมุนที่ความเร็วสูงมากฟองอบไอน้ำแบบใต้น้ำ หลังจากช่วงเวลาสั้นภายใต้ความกดดันสูงมากฟองยุบใจจึงเปลี่ยนรูปพื้นผิวโลหะ กระบวนการของการ โพรงอากาศ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างขึ้นโดยใช้อัลตราซาวนด์ อัลตราซาวนด์ประกอบด้วยคลื่น compressional ที่มีความถี่สูงกว่าช่วงเสียง (20 เฮิร์ทซ์) และสร้างฟองอากาศสูญญากาศในน้ำและน้ำแก้ปัญหา อุณหภูมิหลายพันองศาเซนติเกรดและแรงกดดันสูงมากถึง 1,000 บาร์เกิดขึ้นเมื่อฟองอากาศเหล่านี้ระเบิด

UIP1000hd อุปกรณ์อัลตราโซนิกได้ถูกนำมาใช้สำหรับ nanostructuring ของโลหะที่มีรูพรุนสูง (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)

นำเสนอแผนผังของผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติกในการปรับเปลี่ยนของอนุภาคโลหะ
รูปภาพโดยดร D. Andreeva

โครงการดังกล่าวข้างต้นแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศในการปรับเปลี่ยนอนุภาคโลหะ โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (MP) เป็นสังกะสี (Zn) จะออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์; โลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงเช่นนิกเกิล (Ni) และไทเทเนียม (Ti) จัดแสดงการปรับเปลี่ยนพื้นผิวภายใต้ sonication อลูมิเนียม (Al) และแมกนีเซียม (มก.) โครงสร้างที่มีรูพรุน. โลหะโนเบลมีความทนทานต่อการฉายรังสีอัลตราซาวนด์เนื่องจากความมั่นคงของพวกเขาต่อการเกิดออกซิเดชัน จุดหลอมเหลวของโลหะที่ระบุไว้ในองศา Kelvin (K)

การควบคุมที่แม่นยำของกระบวนการนี้อาจนำไปสู่การกำหนดเป้าหมายการจัดโครงสร้างของโลหะที่ถูกระงับในการแก้ปัญหาน้ำ-ได้รับลักษณะทางกายภาพและสารเคมีบางอย่างของโลหะ สำหรับโลหะตอบสนองแตกต่างกันมากเมื่อสัมผัสกับ sonication เช่นดร. Daria Andreeva ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเธอใน Golm เบอร์ลินและมินสก์ได้แสดงให้เห็น ในโลหะที่มีปฏิกิริยาสูงเช่นสังกะสี, อลูมิเนียมและแมกนีเซียม, โครงสร้างเมทริกซ์จะค่อยๆเกิดขึ้น, ความเสถียรของการเคลือบออกไซด์. ส่งผลให้โลหะมีรูพรุนที่สามารถทำการประมวลผลต่อไปในวัสดุคอมโพสิต. โลหะที่มีเกียรติเช่นทอง, แพลทินัม, เงินและแพลเลเดียมอย่างไรก็ตามพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ในบัญชีของแนวโน้มออกซิเดชันต่ำของพวกเขาต่อต้านการรักษาอัลตราซาวนด์และรักษาโครงสร้างเริ่มต้นและคุณสมบัติของพวกเขา

โดย sonication เคลือบ Polyelectrolyte สามารถเกิดขึ้นที่ป้องกันการกัดกร่อน (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)

ป้องกันอัลตราโซนิกของอลูมิเนียมอัลลอยด์ต่อการกัดกร่อน [© Skorb et al, 2011]

ภาพข้างบนแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์นอกจากนี้ยังสามารถใช้สำหรับการป้องกันของโลหะผสมอลูมิเนียมกับการกัดกร่อน ด้านซ้าย: ภาพของอลูมิเนียมในการแก้ปัญหาที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงด้านล่างภาพ electomicroscopic ของพื้นผิวซึ่ง - เนื่องจากการ sonication - เคลือบ polyelectolyte ได้รับการขึ้น เคลือบนี้มีการป้องกันการกัดกร่อนสำหรับ 21 วัน ด้านขวา: โลหะผสมอลูมิเนียมแบบเดียวกันโดยไม่ได้รับการสัมผัสกับ sonication พื้นผิวที่สึกกร่อนอย่างสมบูรณ์

ความจริงที่ว่าโลหะที่แตกต่างกันตอบสนองในวิธีที่แตกต่างกันอย่างมากในการ sonication สามารถใช้ได้สำหรับนวัตกรรมในวัสดุวิทยาศาสตร์ โลหะผสมสามารถแปลงในลักษณะที่นาโนคอมโพสิตซึ่งอนุภาคของวัสดุที่มีเสถียรภาพมากขึ้นจะถูกห่อหุ้มในเมทริกซ์ที่มีรูพรุนของโลหะที่มีเสถียรภาพน้อย พื้นที่ผิวที่มีขนาดใหญ่มากจึงเกิดขึ้นในพื้นที่จำกัดมากซึ่งช่วยให้นาโนคอมโพสิตเหล่านี้จะใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พวกเขาส่งผลให้ปฏิกิริยาทางเคมีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่ง.

ร่วมกับดร. ดาเรีย Andreeva นักวิจัยผู้ช่วยศาสตราจารย์ดร Andreas Fery, ดร. นิโคลัส Pazos-เปเรซและ Jana Schäferhans, ยังของกรมทางกายภาพเคมีครั้งที่สองที่มีส่วนทำให้ผลการวิจัย กับเพื่อนร่วมงานของพวกเขาที่สถาบัน Max Planck ของคอลลอยด์และการเชื่อมต่อใน Golm ที่ Helmholtz-Zentrum fürเบอร์ลิน Materialien คาดไม่ถึง Energie GmbH และมหาวิทยาลัยรัฐเบลารุสในมินสก์พวกเขาได้ตีพิมพ์ผลล่าสุดของพวกเขาออนไลน์ในวารสาร “นาโน”.

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

อัลตราโซนิกตัวประมวลผล UIP1000hd สำหรับโครงสร้างนาโนของโลหะ

ติดต่อเรา / สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม

พูดคุยกับเราเกี่ยวกับความต้องการของคุณในการประมวลผล เราจะมาแนะนำการติดตั้งและการประมวลผลพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโครงการของคุณ






อ้างอิง:

  • Skorb, Ekaterina v.; แก้ไข, ดิมิทรี; Shchukin มิทรีจี. Möhwald, เฮล; Sviridov มิทรี v.; มูซา, รา; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-เปเรซ, นิโคลัส; Fery, อันเดรีย; Andreeva ดาเรียโวลต์ (2011): การก่อ Sonochemical ฟองน้ำโลหะ นาโน – ความก้าวหน้าครั้งแรก 3/3 2011 985-993
  • Wißlerคริสเตียน (2011): ความแม่นยำสูง nanostructuring ใช้อัลตราซาวนด์: ขั้นตอนใหม่ในการผลิตโลหะที่มีรูพรุน มองไปที่การวิจัย การติดต่อสื่อสารจากมหาวิทยาลัยไบ 05. 2011

สำหรับข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เพิ่มเติมกรุณาติดต่อ: ดร. ดาเรีย Andreeva กรมทางกายภาพเคมี II ไบมหาวิทยาลัย 95,440 ไบเยอรมนี – โทรศัพท์: +49 (0) 921 / 55-2750
อีเมล: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



ข้อเท็จจริงที่รู้

อัลตราโซนิก homogenizers เนื้อเยื่อมักจะถูกเรียกว่าคลื่นเสียงสอบสวน lyser โซนิค disruptor อัลตราซาวนด์, เครื่องบดล้ำ Sono-เกอร์, sonifier, dismembrator โซนิค disrupter เซลล์กระจายอัลตราโซนิกหรือ Dissolver เงื่อนไขที่แตกต่างกันเป็นผลมาจากการใช้งานต่างๆที่สามารถปฏิบัติตาม sonication