Hielscher Ultrasonics
Sürecinizi tartışmaktan memnuniyet duyarız.
Bizi arayın: +49 3328 437-420
Bize e-posta gönderin: info@hielscher.com

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.

UIP1000hd, malzeme mühendisliği, nano yapılandırma ve parçacık modifikasyonu için kullanılan güçlü bir ultrasonik cihazdır. (Büyütmek için tıklayın!)

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

Yeni teknik, fizikte kavitasyon olarak adlandırılan, ultrasonik olarak üretilen bir kabarcık oluşumu sürecini kullanır (lat. “Çavuş” = “oyuk”). Denizcilikte, gemi pervanelerine ve türbinlerine verebileceği büyük zarar nedeniyle bu süreçten korkulur. Çok yüksek dönüş hızlarında, su altında buhar kabarcıkları oluşur. Aşırı yüksek basınç altında kısa bir süre sonra kabarcıklar içe doğru çöker ve böylece metalik yüzeyleri deforme eder. Süreci Kavitasyon ultrason kullanılarak da oluşturulabilir. Ultrason, duyulabilir aralığın (20 kHz) üzerindeki frekanslara sahip sıkıştırma dalgalarından oluşur ve su ve sulu çözeltilerde vakum kabarcıkları oluşturur. Bu kabarcıklar patladığında birkaç bin santigrat derece sıcaklıklar ve 1000 bar'a kadar aşırı yüksek basınçlar ortaya çıkar.

Ultrasonik cihaz UIP1000hd, yüksek gözenekli metallerin nano yapılandırılması için kullanılmıştır. (Büyütmek için tıklayın!)

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.

Güçlü ultrasonik kuvvetler, ekstraksiyon için iyi bilinen ve güvenilir bir tekniktir (Büyütmek için tıklayın!)

ultrasonik kavitasyon sıvı içinde

Bu işlemin hassas bir şekilde kontrol edilmesi, metallerin belirli fiziksel ve kimyasal özellikleri göz önüne alındığında, sulu bir çözelti içinde süspanse edilmiş metallerin hedeflenmiş bir nano yapılandırılmasına yol açabilir. Metaller, Dr. Daria Andreeva'nın Golm, Berlin ve Minsk'teki meslektaşları ile birlikte gösterdiği gibi, bu tür sonikasyona maruz kaldıklarında çok farklı tepki verirler. Çinko, alüminyum ve magnezyum gibi yüksek reaktiviteye sahip metallerde, bir oksit kaplama ile stabilize edilen bir matris yapısı yavaş yavaş oluşur. Bu, örneğin kompozit malzemelerde daha fazla işlenebilen gözenekli metallerle sonuçlanır. Ancak altın, platin, gümüş ve paladyum gibi soy metaller farklı davranır. Düşük oksidasyon eğilimleri nedeniyle ultrason tedavisine direnirler ve ilk yapılarını ve özelliklerini korurlar.

Sonikasyon ile, korozyona karşı koruyan bir polielektrolit kaplama oluşturulabilir. (Büyütmek için tıklayın!)

Alüminyum alaşımlarının korozyona karşı ultrasonik koruması. © [ Skorb ve ark. 2011]

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”.

Hielscher'ın ultrasonicator UIP1000hd, mezogözenekli metallerin oluşumu için başarıyla kullanıldı. (Büyütmek için tıklayın!)

ultrasonik işlemci UIP1000hd Metallerin Nano Yapılandırılması için

Bize Ulaşın / Daha Fazla Bilgi İsteyin

İşleme gereksinimleriniz hakkında bizimle görüşün. Projeniz için en uygun kurulum ve işleme parametrelerini önereceğiz.





Lütfen dikkatinizi çekin Gizlilik Politikası.


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.

Sürecinizi tartışmaktan memnuniyet duyarız.

Let's get in contact.