Siêu âm Nano-cấu trúc để sản xuất kim loại xốp

Sonochemistry là một công cụ rất hiệu quả cho các kỹ thuật và functionalization của vật liệu nano. Trong luyện kim, chiếu xạ siêu âm thúc đẩy sự hình thành các kim loại xốp. Nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Daria Andreeva đã phát triển một thủ tục hỗ trợ siêu âm hiệu quả và chi phí hiệu quả để sản xuất các kim loại mesoxốp.

Kim loại xốp thu hút sự quan tâm cao của các chi nhánh công nghệ đa dạng do đặc điểm nổi bật của chúng như khả năng chống ăn mòn, sức mạnh cơ học và khả năng chịu nhiệt độ cực cao. Những thuộc tính này dựa trên các bề mặt cấu trúc Nano với các lỗ chân lông chỉ đo được một vài đường kính nanomet. Vật liệu mesoxốp được đặc trưng bởi kích thước dáng từ 2 đến 50 nm, trong khi vật liệu xốp có kích thước lỗ nhỏ hơn 2nm. Một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm tiến sĩ Daria Andreeva thuộc Đại học Bayreuth (bộ môn hóa lý II) đã phát triển thành công một thủ tục siêu âm nặng và chi phí hiệu quả cho việc thiết kế và sản xuất các cấu trúc kim loại như vậy .

Trong quá trình này, các kim loại được xử lý trong một dung dịch nước theo cách mà sâu răng của một vài nanomet phát triển, trong những khoảng trống chính xác được xác định. Đối với các cấu trúc thích hợp, đã có một phổ rộng các ứng dụng sáng tạo, bao gồm làm sạch không khí, lưu trữ năng lượng hoặc công nghệ y tế. Đặc biệt đầy hứa hẹn là việc sử dụng các kim loại xốp trong nanocomposites. Đây là một lớp vật liệu composite mới, trong đó một cấu trúc ma trận rất tốt được lấp đầy với các hạt khác nhau, kích thước lên đến 20 nanomét.

UIP1000hd là một thiết bị siêu âm mạnh mẽ, được sử dụng cho kỹ thuật vật liệu, cấu trúc nano và sửa đổi hạt. (Click vào để phóng to!)

Tiến sĩ D. Andreeva chứng minh các thủ tục sonication của các hạt rắn trong một hệ thống treo nước bằng cách sử dụng UIP1000hd ultrasonicator (20 kHz, 1000W). Hình ảnh của ch. Wißler

Kỹ thuật mới sử dụng một quá trình hình thành bong bóng ultrasonically tạo ra, được gọi là cavitation trong vật lý (bắt nguồn từ Lat. “Cavus” = “Rỗng”). Trong việc đi biển, quá trình này là đáng sợ do thiệt hại lớn nó có thể gây ra cho tàu cánh quạt và Turbine. Đối với tốc độ quay rất cao, bong bóng hơi hình thành dưới nước. Sau một thời gian ngắn dưới áp lực cực cao, các bong bóng sụp đổ inwardly, do đó làm biến dạng bề mặt kim loại. Quá trình Cavitation cũng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng siêu âm. Siêu âm bao gồm các sóng nén với tần số trên phạm vi nghe (20 kHz) và tạo ra bong bóng chân không trong các giải pháp nước và dung dịch. Nhiệt độ của vài nghìn độ c và áp suất cực cao lên đến 1000 Bar phát sinh khi các bong bóng implode.

Thiết bị siêu âm UIP1000hd đã được sử dụng cho các nanostructuring các kim loại xốp cao. (Click vào để phóng to!)

Schematic trình bày các hiệu ứng của cavitation âm thanh trên Sửa đổi của các hạt kim loại.
Hình ảnh của tiến sĩ D. Andreeva

Chương trình trên cho thấy tác dụng của cavitation âm thanh trên Sửa đổi của các hạt kim loại. Kim loại có điểm nóng chảy thấp (MP) là kẽm (Zn) hoàn toàn bị ôxi hóa; kim loại có điểm nóng chảy cao như niken (ni) và Titan (ti) triển lãm bề mặt sửa đổi dưới sonication. Nhôm (Al) và magiê (mg) hình thành các cấu trúc mesoxốp. Các kim loại của Nobel có khả năng chống bức xạ siêu âm do sự ổn định của chúng chống lại quá trình oxy hóa. Các điểm nóng chảy của các kim loại được quy định trong độ kelvin (K).

Lực siêu âm mạnh mẽ là một kỹ thuật nổi tiếng và đáng tin cậy để khai thác (bấm vào để phóng to!)

cavitation siêu âm trong chất lỏng

Một kiểm soát chính xác của quá trình này có thể dẫn đến một nanostructuring mục tiêu của kim loại bị đình chỉ trong một dung dịch nước-cho một số đặc điểm vật lý và hóa học của các kim loại. Đối với kim loại phản ứng rất khác nhau khi tiếp xúc với sonication như vậy, như tiến sĩ Daria Andreeva cùng với các đồng nghiệp của cô ở Golm, Berlin và Minsk đã được hiển thị. Trong kim loại có phản ứng cao như kẽm, nhôm và magiê, một cấu trúc ma trận đang dần được hình thành, ổn định bởi một lớp phủ oxit. Kết quả là các kim loại xốp có thể ví dụ được tiếp tục xử lý trong vật liệu composite. Các kim loại cao quý như vàng, bạch kim, bạc và paladi Tuy nhiên hành xử khác nhau. Trên tài khoản của xu hướng oxy hóa thấp của họ, họ chống lại việc điều trị siêu âm và giữ lại cấu trúc ban đầu và tài sản của họ.

Bởi sonication, một lớp phủ đa điện có thể được hình thành để bảo vệ chống ăn mòn. (Click vào để phóng to!)

Bảo vệ siêu âm các hợp kim nhôm chống ăn mòn. [© Skorb et al. 2011]

Những hình ảnh trên đây cho thấy siêu âm cũng có thể được sử dụng để bảo vệ các hợp kim nhôm chống ăn mòn. Bên trái: hình ảnh của một hợp kim nhôm trong một giải pháp ăn mòn cao, bên dưới một hình ảnh electovi của bề mặt, trên đó – do sonication-một lớp phủ polyelectolyte đã được hình thành. Lớp phủ này cung cấp một bảo vệ chống ăn mòn trong 21 ngày. Bên phải: Các hợp kim nhôm mà không có được tiếp xúc với sonication. Bề mặt bị ăn mòn hoàn toàn.

Thực tế là các kim loại khác nhau phản ứng trong những cách đáng kể khác nhau để sonication có thể được khai thác cho sự đổi mới trong khoa học vật liệu. Hợp kim có thể được chuyển đổi theo cách như vậy để nanocomposites, trong đó các hạt của vật liệu ổn định hơn được bọc trong một ma trận xốp của kim loại ít ổn định. Các khu vực bề mặt rất lớn do đó phát sinh trong không gian rất hạn chế, cho phép các nanocomposites được sử dụng như chất xúc tác. Họ có hiệu lực đặc biệt nhanh chóng và hiệu quả phản ứng hóa học.

Cùng với tiến sĩ Daria Andreeva, các nhà nghiên cứu giáo sư tiến sĩ Andreas fery, tiến sĩ Nicolas Pazos-Perez và Jana Schäferhans, cũng của bộ phận của vật lý hóa học II, góp phần vào kết quả nghiên cứu. Với các đồng nghiệp của họ tại viện keo và giao diện Max Planck ở Golm, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH và đại học quốc gia Belarus tại Minsk, họ đã xuất bản kết quả mới nhất của họ trực tuyến trong tạp chí “Nano”.

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

Bộ xử lý siêu âm UIP1000hd cho Nano-cơ cấu của kim loại

Liên hệ / Yêu cầu Thêm Thông tin

Nói chuyện với chúng tôi về các yêu cầu xử lý của bạn. Chúng tôi sẽ giới thiệu các thiết lập và xử lý các thông số phù hợp nhất cho dự án của bạn.






Tham khảo:

  • Skorb, Ekaterina V.; Sửa, Dimitri; Shchukin, Dmitry G.; Möhwald, Helmuth; Sviridov, Dmitry V.; Mousa, Rami; Wanderka, Nelia; Schäferhans, Jana; Pazos-Perez, Nicolas; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2011): hình thành Sonochemical của bọt biển kim loại. Nano – Trước tiên 3/3, 2011. 985-993.
  • Wißler, Christian (2011): nanostructuring chính xác cao sử dụng siêu âm: thủ tục mới để sản xuất các kim loại xốp. Blick in Die Forschung. Mitteilungen der Universität Bayreuth 05, 2011.

Để biết thêm thông tin khoa học, xin vui lòng liên hệ: tiến sĩ Daria Andreeva, khoa hóa lý II Bayreuth University, 95440 Bayreuth, Đức – điện thoại: + 49 (0) 921/55-2750
email: daria.andreeva@uni-bayreuth.de



Sự kiện đáng biết

Siêu âm mô homogenizers thường được gọi là thăm dò sonicator, Sonic lyser, siêu âm phá vỡ, siêu âm máy xay, Sono-ruptor, sonifier, Sonic dismembrator, tế bào phá vỡ, siêu âm disperser hoặc dissolver. Các điều khoản khác nhau kết quả từ các ứng dụng khác nhau có thể được thực hiện bởi sonication.