Gözenekli metaller üretmek için ultrasonik nano yapılanma
Sono-kimya nano malzemelerin mühendisliği ve işlevselleştirilmesi için çok etkili bir araçtır. Metalurjide, ultrasonik ışınlama gözenekli metallerin oluşumunu teşvik eder. Dr. Daria Andreeva'nın araştırma grubu, mezogözenekli metaller üretmek için etkili ve uygun maliyetli bir ultrason destekli prosedür geliştirdi.
Gözenekli metaller, korozyon direnci, mekanik dayanım ve aşırı yüksek sıcaklıklara dayanma kabiliyeti gibi üstün özellikleri nedeniyle çeşitli teknolojik dalların büyük ilgisini çekmektedir. Bu özellikler, çapı sadece birkaç nanometre olan gözeneklere sahip nanoyapılı yüzeylere dayanmaktadır. Mezogözenekli malzemeler 2 ila 50 nm arasındaki poz boyutları ile karakterize edilirken, mikro gözenekli malzeme 2 nm'den daha küçük bir gözenek boyutuna sahiptir. Bayreuth Üniversitesi'nden (Fiziksel Kimya II Bölümü) Dr. Daria Andreeva'nın da dahil olduğu uluslararası bir araştırma ekibi, bu tür metalik yapıların tasarımı ve üretimi için ağır hizmet tipi ve uygun maliyetli bir ultrason prosedürünü başarıyla geliştirdi.
Bu işlemde metaller, kesin olarak tanımlanmış boşluklarda birkaç nanometrelik boşluklar oluşacak şekilde sulu bir çözelti içinde işlenir. Bu özel yapım yapılar için, hava temizleme, enerji depolama veya tıbbi teknoloji dahil olmak üzere geniş bir yenilikçi uygulama yelpazesi zaten bulunmaktadır. Özellikle umut verici olan, nanokompozitlerde gözenekli metallerin kullanılmasıdır. Bunlar, çok ince bir matris yapısının 20 nanometreye kadar değişen parçacıklarla doldurulduğu yeni bir kompozit malzeme sınıfıdır.

Dr. D. Andreeva, katı parçacıkların sulu bir süspansiyonda sonikasyon prosedürünü kullanarak gösterir. UIP1000hd ultrasonikatör (20 kHz, 1000W). Fotoğraf: Ch. Wißler

Akustik kavitasyonun metal parçacıkların modifikasyonu üzerindeki etkilerinin şematik gösterimi.
Fotoğraf: Dr. D. Andreeva
Yukarıdaki şema, akustik kavitasyonun metal parçacıkların modifikasyonu üzerindeki etkilerini göstermektedir. Çinko (Zn) gibi düşük erime noktasına (MP) sahip metaller tamamen oksitlenir; nikel (Ni) ve titanyum (Ti) gibi yüksek erime noktasına sahip metaller, sonikasyon altında yüzey modifikasyonu sergiler. Alüminyum (Al) ve magnezyum (Mg) mezogözenekli yapılar oluşturur. Nobel metalleri, oksidasyona karşı stabiliteleri nedeniyle ultrason ışınlamasına karşı dirençlidir. Metallerin erime noktaları Kelvin (K) derece cinsinden belirtilir.

ultrasonik kavitasyon sıvı içinde
Yukarıdaki resim, ultrasonun alüminyum alaşımlarının korozyona karşı korunması için de kullanılabileceğini göstermektedir. Solda: Yüzeyin elektromikroskobik görüntüsünün altında, oldukça aşındırıcı bir çözelti içindeki bir alüminyum alaşımının fotoğrafı, üzerinde - sonikasyon nedeniyle - bir polielektolit kaplaması oluşmuştur. Bu kaplama 21 gün boyunca korozyona karşı koruma sağlar. Sağda: Sonikasyona maruz kalmadan aynı alüminyum alaşımı. Yüzey tamamen korozyona uğramıştır.
Farklı metallerin sonikasyona dramatik bir şekilde farklı şekillerde tepki vermesi, malzeme bilimindeki yenilikler için kullanılabilir. Alaşımlar, daha kararlı malzemenin parçacıklarının daha az kararlı metalden oluşan gözenekli bir matris içine yerleştirildiği nanokompozitlere dönüştürülebilir. Bu nedenle, bu nanokompozitlerin katalizör olarak kullanılmasına izin veren çok sınırlı bir alanda çok geniş yüzey alanları ortaya çıkar. Özellikle hızlı ve verimli kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirirler.
Dr. Daria Andreeva ile birlikte, yine Fiziksel Kimya II bölümünden araştırmacılar Prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez ve Jana Schäferhans araştırma sonuçlarına katkıda bulundular. Golm'daki Max Planck Kolloidler ve Arayüzler Enstitüsü, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH ve Minsk'teki Belarus Devlet Üniversitesi'ndeki meslektaşları ile birlikte, en son sonuçlarını dergide çevrimiçi olarak yayınladılar “Nano Ölçek”.

ultrasonik işlemci UIP1000hd Metallerin Nano Yapılandırılması için
Referans:
- Skorb, Ekaterina V.; Düzeltme, Dimitri; Shchukin, Dmitry G.; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitry V.; Musa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas ; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): Metal süngerlerin sonokimyasal oluşumu. Nano Ölçek – İlk 3/3, 2011'i ilerletin. 985-993.
- Wißler, Christian (2011): Ultrason kullanarak son derece hassas nano yapılandırma: gözenekli metaller üretmek için yeni prosedür. Blick in die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.
Daha fazla bilimsel bilgi için lütfen iletişime geçin: Dr. Daria Andreeva, Fiziksel Kimya Bölümü II Bayreuth Üniversitesi, 95440 Bayreuth, Almanya – Telefon: +49 (0) 921 / 55-2750
E-posta: daria.andreeva@uni-bayreuth.de
Bilmeye Değer Gerçekler
Ultrasonik doku homojenizatörleri genellikle prob sonikatörü, sonik lizör, ultrason bozucu, ultrasonik öğütücü, sono-ruptor, sonifiyeci, sonik dismembrator, hücre bozucu, ultrasonik dağıtıcı veya çözücü olarak adlandırılır. Farklı terimler, sonikasyon ile yerine getirilebilecek çeşitli uygulamalardan kaynaklanır.
- karıştırma
- Emülsiyon
- dispersiyon
- deagglomeration (yığılma)
- ıslak frezeleme
- Gaz giderme
- Çözündürme
- ekstraksiyon
- Doku Homojenizasyonu
- Sono-Parçalanma
- Fermantasyon
- Arıtma
- sono-sentez
- Sono-Kataliz
- yağış
- Sono-Liç
- Bozulması