الترسيب الكهروكيميائي بالموجات فوق الصوتية
الترسيب الكهروكيميائي هو تقنية التوليف ، التي تجمع بين الكيمياء الصوتية والكيمياء الكهربائية ، لإنتاج المواد النانوية بكفاءة عالية وصديقة للبيئة. يسمح الترسيب الكهروكيميائي الصوتي ، المشهور بأنه سريع وبسيط وفعال ، بالتوليف الذي يتم التحكم فيه بشكل الجسيمات النانوية والمركبات النانوية.
سونو الكهربية للجسيمات النانوية
بالنسبة للترسب الكهربائي (أيضا الترسيب الكيميائي ، أو الطلاء الكهربائي الكيميائي ، أو الترسيب الكهربائي السونوكيميائي) بغرض توليف الجسيمات النانوية ، يتم استخدام واحد أو اثنين من مجسات الموجات فوق الصوتية (sonotrodes أو القرون) كأقطاب. طريقة الترسيب الكهروكيميائي عالي الكفاءة وكذلك بسيطة وآمنة للعمل ، مما يسمح بتوليف الجسيمات النانوية والهياكل النانوية بكميات كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الترسيب الكهروكيميائي هو عملية مكثفة ، مما يعني أن الصوتنة تسرع عملية التحليل الكهربائي بحيث يمكن تشغيل التفاعل في ظل ظروف أكثر فعالية.
يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة على المعلقات إلى زيادة عمليات نقل الكتلة بشكل كبير بسبب التدفق العياني وقوى التجويف المجهرية البينية. على الأقطاب الكهربائية بالموجات فوق الصوتية (أقطاب سونو) ، يزيل الاهتزاز والتجويف بالموجات فوق الصوتية باستمرار منتجات التفاعل من سطح القطب. عن طريق إزالة أي ترسبات تخميل ، يكون سطح القطب متاحا باستمرار لتخليق الجسيمات الجديدة.
يعزز التجويف الناتج عن الموجات فوق الصوتية تكوين جسيمات نانوية ناعمة وموحدة يتم توزيعها بشكل متجانس في المرحلة السائلة.
2x المعالجات بالموجات فوق الصوتية مع مجسات, التي تعمل بمثابة أقطاب كهربائية, أي الكاثود والأنود. يعزز اهتزاز الموجات فوق الصوتية والتجويف العمليات الكهروكيميائية.
- النانوية
- الجسيمات النانوية الأساسية
- دعم مزين بالجسيمات النانوية
- الهياكل النانوية
- النانوية
- الطلاء
الترسيب الكهروكيميائي للجسيمات النانوية
عندما يتم تطبيق مجال الموجات فوق الصوتية على المنحل بالكهرباء السائل ، فإن ظواهر التجويف بالموجات فوق الصوتية المتنوعة مثل التدفق الصوتي والنفث الصغير ، وموجات الصدمة ، وتعزيز نقل الكتلة من / إلى القطب وتنظيف السطح (إزالة طبقات التخميل) تعزز عمليات الترسيب الكهربائي / الطلاء الكهربائي. تم بالفعل إثبات الآثار المفيدة للصوتنة على الترسيب الكهربائي / الطلاء الكهربائي للعديد من الجسيمات النانوية ، بما في ذلك الجسيمات النانوية المعدنية والجسيمات النانوية أشباه الموصلات والجسيمات النانوية ذات القشرة الأساسية والجسيمات النانوية المخدرة.
تظهر الجسيمات النانوية الميتالية المترسبة كهربائيا مثل Cr و Cu و Fe زيادة كبيرة في الصلابة ، بينما يظهر الزنك مقاومة متزايدة للتآكل.
قام Mastai et al. (1999) بتوليف جسيمات CdSe النانوية عن طريق الترسيب الكهروكيميائي. تسمح تعديلات الترسيب الكهربائي والمعلمات فوق الصوتية المختلفة بتعديل الحجم البلوري للجسيمات النانوية CdSe من الأشعة السينية غير المتبلورة حتى 9 نانومتر (مرحلة sphalerite).
أظهر Ashassi-Sorkhabi and Bagheri (2014) مزايا التخليق الكهروكيميائي للبولي بيرول (PPy) على فولاذ St-12 في وسط حمض الأكساليك باستخدام تقنية الجلفانة الساكنة بكثافة تيار تبلغ 4 مللي أمبير / سم 2. أدى التطبيق المباشر للموجات فوق الصوتية منخفضة التردد باستخدام الموجات فوق الصوتية UP400S إلى هياكل سطحية أكثر إحكاما وأكثر تجانسا من polypyrrole. أظهرت النتائج أن مقاومة الطلاء (Rcoat) ومقاومة التآكل (Rcorr) ومقاومة Warburg للعينات المحضرة بالموجات فوق الصوتية كانت أعلى من مقاومة البولي بيرول غير المركبة بالموجات فوق الصوتية. صور المجهر الإلكتروني الماسح تصور الآثار الإيجابية للموجات فوق الصوتية أثناء الترسيب الكهربائي على مورفولوجيا الجسيمات: تكشف النتائج أن التوليف الكهروكيميائي الصوتي ينتج طلاءات ملتصقة وسلسة بقوة من polypyrrole. بمقارنة نتائج الترسيب الكهربائي بالموجات فوق الصوتية مع الترسيب الكهربائي التقليدي ، من الواضح أن الطلاءات المحضرة بطريقة الكيمياء الكهربية الصوتية تتمتع بمقاومة أعلى للتآكل. ينتج عن صوتنة الخلية الكهروكيميائية نقل كتلة محسن وتنشيط سطح قطب العمل. تساهم هذه التأثيرات بشكل كبير في توليف عالي الكفاءة وعالي الجودة من polypyrrole.
صور SEM ل (أ) PPy و (ب) طلاء بولي بيرول المترسب بالموجات الكهروكيميائية (PPy-US) على فولاذ St-12 (تكبير 7500×)
(دراسة وصور: © أشاسي-سورخابي وباقري ، 2014)
يسمح الترسيب الكهربائي الكيميائي بإنتاج الجسيمات النانوية ، والجسيمات النانوية ذات القشرة الأساسية ، والدعم المطلي بالجسيمات النانوية ، والمواد ذات البنية النانوية.
(صورة ودراسة: ©إسلام وآخرون 2019)
الترسيب الكهروكيميائي للمركبات النانوية
مزيج من الموجات فوق الصوتية مع الترسيب الكهربائي فعال ويسمح لتوليف سهل من المركبات النانوية.
قام Kharitonov et al. (2021) بتصنيع طلاء Cu-Sn-TiO2 النانوي عن طريق الترسيب الكهربائي الكيميائي من حمام حمض الأكساليك الذي يحتوي بالإضافة إلى 4 جم / dm3 TiO2 تحت التحريض الميكانيكي والموجات فوق الصوتية. تم إجراء العلاج بالموجات فوق الصوتية مع الموجات فوق الصوتية Hielscher UP200Ht بتردد 26 كيلو هرتز وقوة 32 واط / dm3. أظهرت النتائج أن التحريض بالموجات فوق الصوتية يقلل من تكتل جزيئات TiO2 ويسمح بترسب المركبات النانوية الكثيفة Cu-Sn-TiO2. عند مقارنتها بالإثارة الميكانيكية التقليدية ، تتميز طلاءات Cu-Sn-TiO2 المودعة تحت صوتنة بتجانس أعلى وسطح أكثر سلاسة. في المركبات النانوية الصوتية ، تم تضمين غالبية جسيمات TiO2 في مصفوفة Cu-Sn. يؤدي إدخال التحريض بالموجات فوق الصوتية إلى تحسين التوزيع السطحي للجسيمات النانوية TiO2 ويعيق التجميع.
تبين أن طلاءات Cu-Sn-TiO2 النانوية التي تشكلت عن طريق الترسيب الكهربائي بمساعدة الموجات فوق الصوتية تظهر خصائص ممتازة مضادة للميكروبات ضد بكتيريا الإشريكية القولونية.
صور SEM لطلاءات Cu-Sn-TiO2 المترسبة كهروكيميائيا بكثافة تيار كاثودية تبلغ 0.5 A / dm2 و 1.0 A / dm2.
(دراسة وصور: © خاريتونوف وآخرون ، 2021)
يعمل المسبار بالموجات فوق الصوتية كأقطاب كهربائية. الموجات فوق الصوتية تعزيز التفاعلات الكهروكيميائية مما أدى إلى تحسين الكفاءة، وارتفاع الغلة وأسرع معدلات التحويل.
تعمل الكيمياء الكهربية Sonoelectric على تحسين عمليات الترسيب الكهربائي بشكل كبير.
معدات سونو كهروكيميائية عالية الأداء
Hielscher الفوق صوتيات لوازم عالية الأداء معدات الموجات فوق الصوتية لموثوق بها وفعالة سونو الكهربائية الترسيب / سونو الكهربائي من المواد النانوية. تشتمل مجموعة المنتجات على أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة وأقطاب سونو والمفاعلات والخلايا لتطبيق الترسيب الكهروكيميائي الخاص بك.
اتصل بنا! / اسألنا!
يعمل مسبار الموجات فوق الصوتية UIP2000hdT كقطب كهربائي في إعداد كهروكيميائي صوتي لتخليق الجسيمات النانوية.
الأدب / المراجع
- Dmitry S. Kharitonov, Aliaksandr A. Kasach, Denis S. Sergievich, Angelika Wrzesińska, Izabela Bobowska, Kazimierz Darowicki, Artur Zielinski, Jacek Ryl, Irina I. Kurilo (2021): Ultrasonic-assisted electrodeposition of Cu-Sn-TiO2 nanocomposite coatings with enhanced antibacterial activity. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 75, 2021.
- Ashassi-Sorkhabi, Habib; Bagheri, Robabeh (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology 2014.
- Hyde, Michael; Compton, Richard (2002): How ultrasound influence the electrodeposition of metals. Journal of Electroanalytical Chemistry 531, 2002. 19-24.
- Mastai, Y., Polsky, R., Koltypin, Y., Gedanken, A., & Hodes, G. (1999): Pulsed Sonoelectrochemical Synthesis of Cadmium Selenide Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, 121(43), 1999. 10047–10052.
- Josiel Martins Costa, Ambrósio Florêncio de Almeida Neto (2020): Ultrasound-assisted electrodeposition and synthesis of alloys and composite materials: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 68, 2020.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية من مختبر إلى حجم الصناعية.