Gözenekli metallarni ishlab chiqarish uchun ultratovushli nano-struktura

Sonokimyo nanomateriallarni muhandislik va funksionallashtirish uchun juda samarali vositadir. Metallurgiyada ultratovushli nurlanish gözenekli metallarning shakllanishiga yordam beradi. Doktor Daria Andreevaning tadqiqot guruhi mezoporli metallarni ishlab chiqarish uchun ultratovush yordamida samarali va tejamkor protsedura ishlab chiqdi.

G'ovakli metallar korroziyaga chidamliligi, mexanik mustahkamligi va haddan tashqari yuqori haroratlarga bardosh berish qobiliyati kabi ajoyib xususiyatlari tufayli ko'plab texnologik tarmoqlarda katta qiziqish uyg'otadi. Bu xususiyatlar diametri bir necha nanometr bo'lgan teshiklari bo'lgan nanostrukturali sirtlarga asoslangan. Mezoporli materiallar 2 dan 50 nm gacha bo'lgan poza o'lchamlari bilan tavsiflanadi, mikro gözenekli materiallar esa 2 nm dan kam bo'lgan teshik hajmiga ega. Bayreuth universiteti (II fizik kimyo bo'limi) doktori Daria Andreevani o'z ichiga olgan xalqaro tadqiqot guruhi bunday metall konstruktsiyalarni loyihalash va ishlab chiqarish uchun og'ir va tejamkor ultratovush protsedurasini muvaffaqiyatli ishlab chiqdi.

Bu jarayonda metallar aniq belgilangan bo'shliqlarda bir necha nanometrli bo'shliqlar paydo bo'ladigan tarzda suvli eritmada ishlov beriladi. Ushbu moslashtirilgan tuzilmalar uchun havoni tozalash, energiya saqlash yoki tibbiy texnologiyalarni o'z ichiga olgan keng ko'lamli innovatsion ilovalar allaqachon mavjud. Nanokompozitlarda g'ovak metallardan foydalanish ayniqsa istiqbolli hisoblanadi. Bu kompozit materiallarning yangi sinfi bo'lib, unda juda nozik matritsa tuzilishi 20 nanometrgacha bo'lgan o'lchamdagi zarrachalar bilan to'ldirilgan.

Yangi texnika ultratovush yordamida hosil bo'lgan pufakcha hosil qilish jarayonidan foydalanadi, bu fizikada kavitatsiya deb ataladi (lat. “kavus” = “ichi bo'sh”). Dengizchilikda bu jarayon kema pervanellari va turbinalariga katta zarar etkazishi sababli qo'rqishadi. Juda yuqori aylanish tezligi uchun suv ostida bug 'pufakchalari hosil bo'ladi. Qisqa vaqtdan so'ng juda yuqori bosim ostida pufakchalar ichkariga tushadi va shu bilan metall yuzalarni deformatsiya qiladi. Jarayoni kavitatsiya ultratovush yordamida ham yaratilishi mumkin. Ultratovush chastotasi eshitiladigan diapazondan (20 kHz) yuqori bo'lgan siqilish to'lqinlaridan iborat bo'lib, suvda va suvli eritmalarda vakuum pufakchalarini hosil qiladi. Bu pufakchalar portlaganda bir necha ming darajali harorat va 1000 bargacha bo'lgan juda yuqori bosim paydo bo'ladi.

Yuqoridagi sxema akustik kavitatsiyaning metall zarrachalarining modifikatsiyasiga ta'sirini ko'rsatadi. Rux (Zn) kabi past erish nuqtasi (MP) bo'lgan metallar to'liq oksidlanadi; nikel (Ni) va titan (Ti) kabi yuqori erish nuqtasiga ega bo'lgan metallar sonication ostida sirt o'zgarishini ko'rsatadi. Alyuminiy (Al) va magniy (Mg) mezoporoz tuzilmalarni hosil qiladi. Nobel metallari oksidlanishga qarshi barqarorligi tufayli ultratovush nurlanishiga chidamli. Metalllarning erish nuqtalari Kelvin (K) darajasida ko'rsatilgan.

Ushbu jarayonni aniq nazorat qilish, metallarning ma'lum fizik va kimyoviy xususiyatlarini hisobga olgan holda, suvli eritmada to'xtatilgan metallarning maqsadli nanostrukturasiga olib kelishi mumkin. Doktor Daria Andreeva Golm, Berlin va Minskdagi hamkasblari bilan birgalikda ko'rsatganidek, bunday sonikatsiyaga duchor bo'lganda metallar juda boshqacha reaksiyaga kirishadi. Sink, alyuminiy va magniy kabi yuqori reaktivlikka ega bo'lgan metallarda matritsa strukturasi asta-sekin hosil bo'ladi, oksidli qoplama bilan barqarorlashadi. Bu, masalan, kompozit materiallarda qayta ishlanishi mumkin bo'lgan g'ovakli metallarga olib keladi. Oltin, platina, kumush va palladiy kabi qimmatbaho metallar boshqacha harakat qiladi. Oksidlanish tendentsiyasining pastligi tufayli ular ultratovush bilan davolashga qarshilik ko'rsatadilar va dastlabki tuzilmalari va xususiyatlarini saqlab qoladilar.

Yuqoridagi rasmda ultratovush alyuminiy qotishmalarini korroziyadan himoya qilish uchun ham ishlatilishi mumkinligini ko'rsatadi. Chapda: yuqori korroziv eritmadagi alyuminiy qotishmasining fotosurati, sirtning elektromikroskopik tasviri ostida, sonikatsiya tufayli - polielektrolit qoplamasi hosil bo'lgan. Ushbu qoplama 21 kun davomida korroziyadan himoya qiladi. O'ng tomonda: sonikatsiyaga duchor bo'lmagan bir xil alyuminiy qotishmasi. Sirt butunlay korroziyaga uchragan.

Turli metallarning sonikatsiyaga keskin turlicha reaksiyaga kirishishi materialshunoslikdagi innovatsiyalar uchun ishlatilishi mumkin. Qotishmalarni nanokompozitlarga aylantirish mumkin, ularda barqarorroq materialning zarralari kamroq barqaror metallning g'ovakli matritsasiga o'raladi. Shunday qilib, juda cheklangan maydonda juda katta sirt maydonlari paydo bo'ladi, bu nanokompozitlarni katalizator sifatida ishlatishga imkon beradi. Ular, ayniqsa, tez va samarali kimyoviy reaktsiyalarga ta'sir qiladi.

Doktor Daria Andreeva bilan birgalikda tadqiqot natijalariga fizik kimyo II kafedrasi professori doktor Andreas Feri, doktor Nikolas Pazos-Peres va Jana Sheferxans o'z hissalarini qo'shdilar. Golmdagi Maks Plank nomidagi Kolloidlar va interfeyslar instituti, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH va Minskdagi Belarus davlat universitetidagi hamkasblari bilan ular o'zlarining so'nggi natijalarini jurnalda onlayn tarzda e'lon qilishdi. “Nano o'lchov”.