Gʻovak metallar olish uchun ultratovush yordamida nanostrukturalash

Sonokimyo nanomateriallarni yaratish va funksionallashtirish uchun juda samarali vositadir. Metallurgiyada ultratovush nurlanishi gʻovak metallarning hosil boʻlishiga yordam beradi. Dr. Daria Andreevaning tadqiqot guruhi mezogʻovak metallar olish uchun ultratovush yordamidagi samarali va iqtisodiy tejamkor usulni ishlab chiqdi.

Gʻovak metallar korroziyaga chidamlilik, mexanik mustahkamlik va nihoyatda yuqori haroratlarga bardosh berish qobiliyati kabi ajoyib xususiyatlari tufayli texnologiyaning turli sohalarida katta qiziqish uygʻotmoqda. Bu xususiyatlar diametri atigi bir necha nanometr boʻlgan gʻovaklarga ega nanostrukturali sirtlarga asoslanadi. Mezogʻovak materiallar gʻovaklarining oʻlchami 2 dan 50 nm gacha boʻlishi bilan tavsiflanadi, mikrogʻovak materiallarda esa gʻovak oʻlchami 2nm dan kichik boʻladi. Bayreuth universitetidan (Fizik kimyo II kafedrasi) Dr. Daria Andreeva ham ishtirok etgan xalqaro tadqiqot guruhi bunday metall tuzilmalarni loyihalash va ishlab chiqarish uchun yuqori yuklamalarga moʻljallangan va iqtisodiy tejamkor ultratovush usulini muvaffaqiyatli ishlab chiqdi.

Bu jarayonda metallarga suvli eritmada shunday ishlov beriladiki, aniq belgilangan oraliqlarda oʻlchami bir necha nanometr boʻlgan boʻshliqlar hosil boʻladi. Muayyan talablarga moslab yaratilgan bu tuzilmalar uchun havoni tozalash, energiyani saqlash yoki tibbiy texnologiyalarni oʻz ichiga olgan keng koʻlamli innovatsion qoʻllanishlar allaqachon mavjud. Gʻovak metallardan nanokompozitlarda foydalanish ayniqsa istiqbollidir. Bular kompozit materiallarning yangi sinfi boʻlib, ularda juda nozik matritsa tuzilmasi oʻlchami 20 nanometrgacha boʻlgan zarrachalar bilan toʻldiriladi.

Yangi usul ultratovush yordamida pufakchalar hosil boʻlish jarayonidan foydalanadi; bu jarayon fizikada kavitatsiya deb ataladi (lotincha «cavus» = «kovak» soʻzidan olingan). Dengizchilikda bu jarayondan qoʻrqishadi, chunki u kema parraklari va turbinalariga katta zarar yetkazishi mumkin. Chunki juda yuqori aylanish tezliklarida suv ostida bugʻ pufakchalari hosil boʻladi. Oʻta yuqori bosim ostida qisqa vaqt oʻtgach, pufakchalar ichkariga qarab qulaydi va shu tariqa metall sirtlarni deformatsiyalaydi. Shuningdek, kavitatsiya jarayonini ultratovush yordamida ham yuzaga keltirish mumkin. Ultratovush eshitiladigan diapazondan (20 kHz) yuqori chastotalarga ega siqilish toʻlqinlaridan tashkil topgan boʻlib, suv va suvli eritmalarda vakuum pufakchalarini hosil qiladi. Bu pufakchalar ichkariga qarab qulaganda, bir necha ming daraja Selsiy harorat va 1000 bar gacha boʻlgan oʻta yuqori bosim yuzaga keladi.

Yuqoridagi sxemada akustik kavitatsiyaning metall zarrachalarini modifikatsiyalashga taʼsiri koʻrsatilgan. Rux (Zn) kabi erish harorati (MP) past boʻlgan metallar toʻliq oksidlanadi; nikel (Ni) va titan (Ti) kabi erish harorati yuqori boʻlgan metallarning sirti ultratovush bilan ishlov berilganda modifikatsiyalanadi. Alyuminiy (Al) va magniy (Mg) mezogʻovak tuzilmalarni hosil qiladi. Nodir metallar oksidlanishga barqarorligi tufayli ultratovush nurlanishiga chidamlidir. Metallarning erish haroratlari Kelvin darajalarida (K) koʻrsatilgan.

Bu jarayonni aniq boshqarish suvli eritmada muallaq holdagi metallarni maqsadli nanostrukturalashga olib kelishi mumkin – bunda metallarning muayyan fizik va kimyoviy xususiyatlari hisobga olinadi. Chunki Dr. Daria Andreeva Golm, Berlin va Minskdagi hamkasblari bilan birga koʻrsatganidek, metallar bunday ultratovush bilan ishlov berishga juda turlicha javob beradi. Rux, alyuminiy va magniy kabi reaksion faolligi yuqori boʻlgan metallarda oksid qoplamasi bilan barqarorlashtirilgan matritsa tuzilmasi asta-sekin hosil boʻladi. Natijada, masalan, kompozit materiallarda keyinchalik qayta ishlanishi mumkin boʻlgan gʻovak metallar hosil boʻladi. Biroq oltin, platina, kumush va palladiy kabi nodir metallar boshqacha xatti-harakat koʻrsatadi. Oksidlanishga moyilligi past boʻlgani sababli ular ultratovush bilan ishlov berishga qarshilik koʻrsatadi hamda dastlabki tuzilmalari va xususiyatlarini saqlab qoladi.

Yuqoridagi rasm ultratovushdan alyuminiy qotishmalarini korroziyadan himoyalash uchun ham foydalanish mumkinligini koʻrsatadi. Chapda: kuchli korroziyaga sabab boʻluvchi eritmadagi alyuminiy qotishmasining surati; uning ostida sirtning elektron mikroskopdagi tasviri berilgan, bu sirtda ultratovush bilan ishlov berish tufayli polielektrolit qoplamasi hosil boʻlgan. Bu qoplama 21 kun davomida korroziyadan himoya qiladi. Oʻngda: ultratovush bilan ishlov berilmagan ayni alyuminiy qotishmasi. Sirt toʻliq korroziyaga uchragan.

Turli metallarning ultratovush bilan ishlov berishga keskin farq qiluvchi tarzda javob berishidan materialshunoslikdagi innovatsiyalar uchun foydalanish mumkin. Qotishmalarni shunday nanokompozitlarga aylantirish mumkinki, ularda barqarorroq material zarrachalari barqarorligi pastroq metallning gʻovak matritsasi ichiga oʻraladi. Shu tariqa juda cheklangan hajmda juda katta sirt maydonlari hosil boʻladi, bu esa ushbu nanokompozitlardan katalizator sifatida foydalanish imkonini beradi. Ular ayniqsa tez va samarali kimyoviy reaksiyalarni yuzaga keltiradi.

Dr. Daria Andreeva bilan birga, Fizik kimyo II kafedrasining tadqiqotchilari Prof. Dr. Andreas Fery, Dr. Nicolas Pazos-Perez va Jana Schäferhans ham tadqiqot natijalariga hissa qoʻshdi. Ular Golmdagi Max Planck kolloidlar va fazalararo chegaralar instituti, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH hamda Minskdagi Belarus davlat universitetidagi hamkasblari bilan birga eng soʻnggi natijalarini «Nanoscale» jurnalida onlayn eʼlon qildi.