التخليق الكهروكيميائي للجسيمات النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية
يُعد التخليق الكهروكيميائي للجسيمات النانوية المعزَّز بالموجات فوق الصوتية طريقة عالية الفعالية وفعّالة من حيث التكلفة لإنتاج جسيمات نانوية عالية الجودة على نطاق واسع. ويتيح التخليق الكهروكيميائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية، المعروف أيضًا باسم الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية، تحضير بُنى نانوية من مواد وأشكال متنوعة.
التخليق الكهروكيميائي والترسيب الكهربائي للجسيمات النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية
التخليق الكهروكيميائي أو الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية تقنية تُستخدم لإنتاج جسيمات نانوية فلزية بتطبيق موجات فوق صوتية عالية القدرة أثناء عملية الترسيب الكهربائي، بهدف تعزيز انتقال كتلة الجسيمات النانوية النامية على سطح المهبط وفي المحلول المحيط.
في التخليق الكهروكيميائي أو الترسيب الكهربائي للجسيمات النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية، تُدمج تأثيرات الكيمياء الصوتية مع عملية الترسيب الكهربائي. وتنشأ التأثيرات الكهروكيميائية للموجات فوق الصوتية القوية والتجويف الصوتي الناتج عنها على التفاعلات الكيميائية من درجات الحرارة والضغوط المرتفعة جدًا والفروق في كل منهما، التي تتولد داخل فقاعات التجويف المنهارة وحولها. ومن خلال الجمع بين الكيمياء الصوتية والكيمياء الكهربائية، توفر الكيمياء الكهربائية بمساعدة الموجات فوق الصوتية تأثيرات مشتركة تشمل تحسين انتقال الكتلة، وتنظيف أسطح الأقطاب الكهربائية، وإزالة الغازات من المحلول، وزيادة معدلات التفاعل. وتؤدي هذه التأثيرات مجتمعة إلى تميُّز التخليق الكهروكيميائي للجسيمات النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية) بمردود مرتفع من الجسيمات النانوية عالية الجودة، التي يمكن إنتاجها في ظروف معتدلة ضمن عملية سريعة وفعّالة من حيث التكلفة. وتتيح معلمات عمليات الكيمياء الكهربائية والترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية التأثير في حجم الجسيمات ومورفولوجيتها.
اقرأ المزيد عن الترسيب الكهروكيميائي للجسيمات النانوية والمواد ذات البنية النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية!
تعرّف على كيفية تحقيق الاستخلاص الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية مردودًا أعلى وتكاليف معالجة أقل!
قطب كهروكيميائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية لتخليق الجسيمات النانوية (الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية)
- عالي الفعالية
- قابل للتطبيق على العديد من المواد والبُنى
- عملية سريعة
- عملية «في وعاء واحد»
- ظروف معتدلة
- منخفض التكلفة
- آمن وسهل التشغيل
كيف يعمل التخليق الكهروكيميائي / الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية؟
التجهيز الأساسي لنظام الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية لتخليق الجسيمات النانوية كهروكيميائيًا بمساعدة الموجات فوق الصوتية بسيط للغاية. والفرق الوحيد بين تجهيز الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية وتجهيز الترسيب الكهربائي هو استخدام مسبار أو مسابير بالموجات فوق الصوتية بوصفها قطبًا أو أقطابًا كهربائية في نظام الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية. ويعمل المسبار بالموجات فوق الصوتية بوصفه قطب العمل لتخليق جسيمات نانوية فلزية. ومن التأثيرات الرئيسية المحفِّزة للموجات فوق الصوتية في الترسيب الكهربائي بمساعدتها زيادة انتقال الكتلة بين القطب الكهربائي (المهبط و/أو المصعد) والمحلول المحيط.
نظرًا إلى إمكانية التحكم الدقيق في معلمات عمليات التخليق الكهروكيميائي والترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية وضبطها، يمكن تخليق جسيمات نانوية ذات حجم وشكل مضبوطين. ويمكن تطبيق التخليق الكهروكيميائي والترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية على مجموعة واسعة من الجسيمات النانوية الفلزية والمعقّدات ذات البنية النانوية.
مزايا التخليق الكهروكيميائي للجسيمات النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية
تلخّص مجموعة البحث التابعة للأستاذ Islam والأستاذ Pollet في NTNU، في مقالتها البحثية (2019)، المزايا الرئيسية لإنتاج الجسيمات النانوية كهروكيميائيًا بمساعدة الموجات فوق الصوتية كما يلي: «(i) تعزيز كبير لنقل الكتلة بالقرب من القطب الكهربائي، مما يغيّر معدل التفاعلات الكهروكيميائية وآليتها أحيانًا، (ii) تعديل مورفولوجية السطح من خلال نفاثات التجويف عند السطح الفاصل بين القطب الكهربائي والإلكتروليت، مما يؤدي عادةً إلى زيادة مساحة السطح، و(iii) تقليل سُمك طبقة الانتشار عند القطب الكهربائي، وبالتالي استنزاف الأيونات.» (Islam et al. 2019)
- جسيمات نانوية فلزية
- مساحيق نانوية من السبائك وأشباه الموصلات
- جسيمات نانوية بوليمرية
- مواد مركّبة نانوية
مثل
- جسيمات النحاس (Cu) النانوية (NPs)
- جسيمات المغنيتيت (Fe3O4) النانوية
- جسيمات سبيكة التنغستن والكوبالت (W-Co) النانوية
- معقّدات الزنك (Zn) النانوية
- قضبان الذهب (Au) النانوية
- جسيمات Fe45Pt55 النانوية ذات المغناطيسية الحديدية
- نقاط تيلوريد الكادميوم (CdTe) الكمومية (QDs)
- قضبان تيلوريد الرصاص (PbTe) النانوية
- ثنائي كبريتيد الموليبدينوم الشبيه بالفوليرين (MoS2)
- جسيمات البولي أنيلين (PA) النانوية
- البوليمر الموصِّل بولي(N-ميثيل أنيلين) (PNMA)
- المواد المركّبة النانوية من البولي بيرول/الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs)/الكيتوسان
مسابير ومفاعلات كهروكيميائية عالية الأداء
Hielscher Ultrasonics شريككم ذو الخبرة الطويلة في أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء للكيمياء الصوتية والكيمياء الكهربائية بمساعدة الموجات فوق الصوتية. نصنّع ونوزّع مسابير ومفاعلات بالموجات فوق الصوتية متطورة تُستخدم في جميع أنحاء العالم للتطبيقات الشاقة في البيئات الصعبة. وقد طوّرت Hielscher مسابير ومفاعلات وعوازل خاصة بالموجات فوق الصوتية للكيمياء الكهربائية والترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية. وتعمل المسابير بالموجات فوق الصوتية بوصفها مهبطًا و/أو مصعدًا، بينما توفر خلايا المفاعلات بالموجات فوق الصوتية الظروف المثلى للتفاعلات الكهروكيميائية. وتتوفر الأقطاب والخلايا بالموجات فوق الصوتية للأنظمة الجلفانية / الفولتية وكذلك لأنظمة التحليل الكهربائي.
سعات اهتزاز قابلة للتحكم الدقيق لتحقيق نتائج مثلى
تتيح جميع معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية التحكم الدقيق، مما يجعلها معدات موثوقة للعمل المكثف في البحث والتطوير والإنتاج. وتُعد سعة الاهتزاز إحدى معلمات العملية الحاسمة التي تؤثر في كفاءة وفعالية التفاعلات المستحثة كيميائيًا وميكانيكيًا بالموجات فوق الصوتية. وتتيح جميع معالجات Hielscher Ultrasonics ضبط سعة الاهتزاز بدقة. ويمكن لمعالجات Hielscher الصناعية بالموجات فوق الصوتية توفير سعات اهتزاز مرتفعة جدًا وشدة الموجات فوق الصوتية المطلوبة للتطبيقات الكهروكيميائية الصعبة بمساعدة الموجات فوق الصوتية. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm بنظام 24/7.
يتيح لكم الضبط الدقيق لسعة الاهتزاز والمراقبة المستمرة لمعلمات عملية الموجات فوق الصوتية بواسطة برمجيات ذكية التأثير بدقة في التفاعل الكهروكيميائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية. وخلال كل دورة معالجة بالموجات فوق الصوتية، تُسجَّل جميع معلمات الموجات فوق الصوتية تلقائيًا على بطاقة SD مدمجة، بحيث يمكن تقييم كل دورة والتحكم فيها. معالجة مثلى بالموجات فوق الصوتية لتحقيق أعلى كفاءة للتفاعلات الكهروكيميائية بمساعدة الموجات فوق الصوتية!
صُمِّمت جميع المعدات للاستخدام بنظام 24/7/365 تحت الحمل الكامل، وتجعلها متانتها وموثوقيتها معدات للعمل المكثف في عمليتكم الكهروكيميائية. وهذا يجعل معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية أداة عمل موثوقة تلبي متطلبات عمليتكم الكهروكيميائية بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
أعلى جودة – تصميم وتصنيع في ألمانيا
بوصفها شركة مملوكة لعائلة وتديرها العائلة، تمنح Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة لمعالجاتها بالموجات فوق الصوتية. وتُصمَّم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنَّع وتُختبَر بدقة في مقرنا الرئيسي في Teltow بالقرب من برلين، ألمانيا. وتجعل متانة معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية وموثوقيتها منها معدات للعمل المكثف في إنتاجكم. ويُعد التشغيل بنظام 24/7 تحت الحمل الكامل وفي البيئات الصعبة سمة أصيلة لمسابر Hielscher ومفاعلاتها عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية.
اتصلوا بنا الآن وأخبرونا بمتطلبات عمليتكم الكهروكيميائية! سنوصيكم بأنسب الأقطاب الكهربائية بالموجات فوق الصوتية وتجهيز المفاعل!
اتصلوا بنا! / اسألونا!
تعمل مسابير معالجات الموجات فوق الصوتية UIP2000hdT (2000 watts, 20kHz) بوصفها أقطابًا كهربائية للترسيب الكهربائي للجسيمات النانوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية
يعمل مسبار جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT بوصفه قطبًا كهربائيًا في تجهيز كهروكيميائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية لتخليق الجسيمات النانوية.
المؤلفات / المراجع
- Cabrera L., Gutiérrez S., Herrasti P., Reyman D. (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia 3, 2010. 89-94.
- Md Hujjatul Islam, Michael T.Y. Paul, Odne S. Burheim, Bruno G.Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Volume 59, December 2019, 104711.
- Yurdal K.; Karahan İ.H. (2017): A Cyclic Voltammetry Study on Electrodeposition of Cu-Zn Alloy Films: Effect of Ultrasonication Time. Acta Physica Polonica Vol 132, 2017. 1087-1090.
- Mason, T.; Sáez Bernal, V. (2012): An Introduction to Sonoelectrochemistry In: Power Ultrasound in Electrochemistry: From Versatile Laboratory Tool to Engineering Solution. First Edition. Edited by Bruno G. Pollet. 2012 John Wiley & Sons, Ltd.
- Haas, I.: Gedanken A. (2008): Synthesis of metallic magnesium nanoparticles by sonoelectrochemistry. Chemical Communications 15(15), 2008. 1795-1798.
- Ashassi-Sorkhabi, H.; Bagheri R. (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology Vol. 33, Issue 3; 2014.
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
- Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
- Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
تقنيات موجات فوق صوتية عالية الأداء! تغطي مجموعة منتجات Hielscher النطاق الكامل، بدءًا من جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية المختبري المدمج، مرورًا بوحدات سطح المنضدة، وصولًا إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل.