Hochpräzise Nanostrukturierung mit Ultraschall
Neues Verfahren zur Erzeugung poröser Metalle.
Neues Verfahren zur Erzeugung poröser Metalle.
Einem internationalen Forschungsteam aus Bayreuth, Golm, Berlin und Minsk ist es gelungen, ein kostengünstiges
Ultraschall-Verfahren für die Herstellung wenige Nanometer großer, poröser Metallstrukturen zu entwickeln. Solche Strukturen sind korrosionsbeständig, mechanisch äußerst stark und halten extrem hohen Temperaturen stand.
Abb.: Metalle wie Zink (Zn), die einen geringen Schmelzpunkt (melting point, MP) haben, werden vollständig oxidiert. Hingegen reagieren Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt, wie Nickel (Ni) und Titan (Ti), mit einer Modifikation ihrer Oberflächen. Aluminium (Al) und Magnesium (Mg) entwickeln eine mesoporöse Struktur. Edelmetalle widersetzen sich einer derartigen Behandlung mit Ultraschall, weil ihre Neigung zur Oxidation äußerst gering ist. (Bild: D. Andreeva, Uni Bayreuth)
Die Druckwellen des Ultraschalls erzeugen in Wasser sowie in wässrigen Lösungen Vakuumblasen. Wenn diese Blasen implodieren, entstehen Temperaturen von mehreren Tausend Grad Celsius und Drücke bis ca. 1000 bar. Dabei wird die metallische Oberfläche verformt. Eine präzise Steuerung dieser Prozesse kann für eine gezielte Nanostrukturierung von Metallen eingesetzt werden, die sich in einer wässrigen Lösung befinden – vorausgesetzt, die Metalle bringen bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften mit.
Bei Metallen mit einer hohen Reaktivität wie Zink, Aluminium und Magnesium bildet sich schrittweise eine Matrixstruktur heraus, die durch eine Oxidschicht stabilisiert wird. Das Ergebnis sind poröse Metalle, die beispielsweise in Verbundwerkstoffen weiterverarbeitet werden können. Anders verhält es sich jedoch bei Edelmetallen wie Gold, Platin, Silber und Palladium. Diese widersetzen sich aufgrund ihrer geringen Oxidationsneigung der Behandlung durch Ultraschall; ihre Strukturen und Eigenschaften bleiben unverändert. Diese Tatsache lässt sich dazu nutzen, Legierungen zu Nanokompositen zu verarbeitet werden, in denen Partikel des stabileren Materials in der Größenordnung 20 Nanometer von einer porösen Matrix des instabileren Metalls umgeben sind.
Für diese maßgeschneiderten Nanostrukturen mit ihrer sehr großen Oberfläche auf engstem Raum gibt es schon heute ein breites Spektrum innovativer Anwendungen, beispielsweise in der Luftreinigung, der Energiespeicherung oder der Medizintechnik.
Uni Bayreuth / KK
