La nanoestructuración de ultrasonido usa nuevo procedimiento para producir metales porosos 

Son resistentes a la corrosión, mecánicamente fuerte y soportar temperaturas extremadamente altas. Con tales características, los metales porosos están generando un interés creciente en numerosos sectores innovadores de la tecnología. Se caracterizan por superficies nanoestructuradas con poros de tan sólo unos pocos nanómetros de diámetro. Un equipo de investigadores internacionales, entre ellos el Dr. Daria Andreeva de la Universidad de Bayreuth (departamento de Química Física II) ha desarrollado con éxito un trabajo pesado y procedimiento de ultrasonido rentable para el diseño y la producción de tales estructuras metálicas. 







En este proceso, los metales son tratados en una solución acuosa de tal manera que las cavidades evolucionan unos pocos nanómetros, en los claros, definidos con precisión. 


Para estas estructuras a la medida, ya existe un amplio espectro de aplicaciones innovadoras, incluyendo la limpieza del aire, almacenamiento de energía o la tecnología médica. Particularmente prometedora es el uso de metales porosos en los nanocompuestos. Se trata de una nueva clase de materiales compuestos, en los que está lleno de una estructura de matriz muy fina con partículas que varían en tamaño de hasta 20 nanómetros. 


Presentación esquemática de los efectos de la cavitación acústica sobre la modificación de las partículas de metal (arriba). Los metales con un bajo punto de fusión (MP) como el zinc (Zn) están completamente oxidados, metales con un alto punto de fusión como el níquel (Ni) y titanio (Ti) modificación de la superficie muestran en sonicación. Aluminio (Al) y magnesio (Mg) formar estructuras mesoporosos. Los metales nobles son resistentes a la radiación de ultrasonido, debido a su estabilidad frente a la oxidación. Los puntos de fusión de los metales se especifican en grados Kelvin (K). 



La nueva técnica utiliza un proceso de formación de la burbuja, que se llama cavitación en la física (derivado del lat. “Cavo” = “hueco”). En el mar, este proceso se teme por el gran daño que puede causar a hélices de barco y turbinas. 


Para velocidades de rotación muy alta, forma burbujas de vapor en agua. Después de un corto período de tiempo bajo una presión extremadamente alta el colapso burbujas hacia el interior, por lo tanto deforma las superficies metálicas. 


El proceso de la cavitación también puede ser generada mediante ultrasonidos. El ultrasonido se compone de ondas de compresión con frecuencias por encima del rango audible (20 kHz) y genera burbujas de vacío en el agua y soluciones acuosas. Las temperaturas de varios miles de grados centígrados y presiones muy altas de hasta 1000 bar surgen cuando estas burbujas implosión. 




Un control preciso de este proceso puede conducir a un objetivo nanoestructuración de metales en suspensión en una solución acuosa – habida cuenta de ciertas características físicas y químicas de los metales. 


Para los metales que reaccionan de manera muy diferente cuando se expone a sonicación por ejemplo, como el Dr. Daria Andreeva, junto con sus colegas en Golm, Berlín y Minsk ha demostrado. 


En los metales con alta reactividad como el zinc, aluminio y magnesio, una estructura de la matriz se forma gradualmente, estabilizada por una capa de óxido. 


Esto da lugar a los metales porosos que pueden por ejemplo ser tratados posteriormente de materiales compuestos. Los metales nobles como el oro, platino, plata y paladio, sin embargo se comportan de manera diferente. A causa de su tendencia de oxidación bajos, se resisten al tratamiento de ultrasonido y mantener sus estructuras iniciales y las propiedades. 




El hecho de que los distintos metales reaccionan de una manera radicalmente diferente a sonicación puede ser explotado para las innovaciones en ciencia de materiales. Las aleaciones se pueden convertir en una manera de nanocomposites en los que las partículas del material más estable están encerradas en una matriz porosa del metal menos estable. 


Muy grandes superficies por lo tanto surgen en el espacio muy limitado, lo que permitirá que estos nanocompuestos para ser utilizados como catalizadores. Afectan sobre todo las reacciones químicas rápidas y eficientes. 






Autores: Junto con el Dr. Daria Andreeva, los investigadores Prof. Dr. Andreas Fery, el Dr. Nicolás Pérez y Pazos Schäferhans Jana, también del departamento de Química Física II, contribuyó a los resultados de la investigación. Con sus colegas del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces en Golm, el Helmholtz-Zentrum für Berlín Materialien und Energie GmbH y la Universidad Estatal de Belarús en Minsk, que han publicado sus últimos resultados en línea en la revista nanoescala