Соноелектрохимично отлагане

Соноелектрохимичното отлагане е техника за синтез, която съчетава сонохимия и електрохимия, за високоефективно и екологично производство на наноматериали. Известно като бързо, просто и ефективно, соноелектрохимичното отлагане позволява контролиран от формата синтез на наночастици и нанокомпозити.

Соно-електроотлагане на наночастици

За sonoelectrodeposition (също sonoeletrochemical отлагане, sonochemical галванопластика, или sonochemical electrodeposition) с цел синтезиране на наночастици, един или два ултразвукови сонди (sonotrodes или рога) се използват като електроди. Методът на соноелектрохимично отлагане е високоефективен, както и прост и безопасен за работа, което позволява да се синтезират наночастици и наноструктури в големи количества. Освен това, sonoelectrochemical отлагане е интензифициран процес, което означава, ултразвук ускорява процеса на електролиза, така че реакцията може да се проведе при по-ефективни условия.
Прилагането на ултразвук на мощност към суспензии значително увеличава процесите на масов трансфер поради макроскопски поток и микроскопични междуфазови кавитационни сили. На ултразвукови електроди (соно-електроди), ултразвукова вибрация и кавитация непрекъснато премахва реакционните продукти от повърхността на електрода. Чрез премахване на всякакви пасивиращи отлагания, повърхността на електрода е непрекъснато достъпна за синтез на нови частици.
Ултразвуково генерираната кавитация насърчава образуването на гладки и равномерни наночастици, които са хомогенно разпределени в течната фаза.

Соноелектрохимично отлагане на наночастици

Когато ултразвуково поле се прилага към течен електролит, различни ултразвукови кавитация явления като акустичен стрийминг и микро-струя, ударни вълни, увеличаване на масовия трансфер от / към електрода и почистване на повърхността (отстраняване на пасивиращи слоеве) насърчават процесите на електроотлагане / галванопластика. Благоприятните ефекти на ултразвук върху електроотлагане / галванопластика вече е доказано за множество наночастици, включително метални наночастици, полупроводникови наночастици, ядро-обвивка наночастици и легирани наночастици.
Сонохимично електродепонираните метални наночастици като Cr, Cu и Fe показват значително увеличение на твърдостта, докато Zn показва повишена устойчивост на корозия.
Mastai et al. (1999) синтезира CdSe наночастици чрез соноелектрохимично отлагане. Корекциите на различни електроотлагания и ултразвукови параметри позволяват да се промени размерът на кристала на наночастиците CdSe от рентгенови аморфни до 9 nm (сфалеритна фаза).

Ashassi-Sorkhabi и Bagheri (2014) демонстрираха предимствата на соно-електрохимичния синтез на полипирол (PPy) върху стомана St-12 в среда на оксалова киселина, използвайки галваностатична техника с плътност на тока 4 mA / cm2. Директното прилагане на нискочестотен ултразвук с помощта на ultrasonicator UP400S доведе до по-компактни и по-хомогенни повърхностни структури на полипирол. Резултатите показват, че устойчивостта на покритие (Rcoat), устойчивостта на корозия (Rcorr) и устойчивостта на Warburg на ултразвуково приготвените проби са по-високи от тези на неултразвуково синтезирания полипирол. Изображения на сканираща електронна микроскопия визуализира положителните ефекти на ултразвук по време на електроотлагане на морфологията на частиците: Резултатите разкриват, че sonoelectrochemical синтез дава силно прилепнали и гладки покрития от полипирол. Сравнявайки резултатите от соно-електро-отлагането с конвенционалното електроотлагане, става ясно, че покритията, приготвени по соноелектрохимичния метод, имат по-висока устойчивост на корозия. Ултразвук на електрохимичната клетка води до засилено масов трансфер и в активиране на повърхността на работния електрод. Тези ефекти допринасят значително за високоефективен, висококачествен синтез на полипирол.

SEM изображения на (а) PPy и (б) sonoelectrochemial депозирани полипирол (PPy-US) покрития върху стомана St-12 (увеличение на 7500×)
(проучване и снимки: © Ashassi-Sorkhabi and Bagheri, 2014)

Соноелектрохимично отлагане на нанокомпозити

Комбинацията от ултразвук с електроотлагане е ефикасен и позволява лесен синтез на нанокомпозити.
Kharitonov et al. (2021) синтезирани нанокомпозитни покрития Cu–Sn–TiO2 чрез сонохимично електроотлагане от вана с оксалова киселина, допълнително съдържащи 4 g / dm3 TiO2 при механично и ултразвуково разбъркване. Ултразвуково лечение се извършва с Hielscher ultrasonicator UP200Ht при честота 26 kHz и 32 W / dm3 мощност. Резултатите показват, че ултразвуковата възбуда намалява агломерацията на TiO2 частици и позволява отлагането на плътни нанокомпозити Cu-Sn-TiO2. В сравнение с конвенционалната механична възбуда, покритията Cu-Sn-TiO2, депозирани под ултразвук, се характеризират с по-висока хомогенност и по-гладка повърхност. В ултразвуковите нанокомпозити по-голямата част от частиците TiO2 са вградени в матрицата Cu-Sn. Въвеждането на ултразвукова възбуда подобрява повърхностното разпределение на наночастиците TiO2 и възпрепятства агрегацията.
Доказано е, че нанокомпозитните покрития Cu–Sn–TiO2, образувани от ултразвуково асистирано електроотлагане, проявяват отлични антимикробни свойства срещу бактериите E. coli.

SEM изображения на соно-електрохимично депозирани Cu–Sn–TiO2 покрития при катодна плътност на тока 0,5 A/dm2 и 1,0 A/dm2.
(проучване и снимки: © Харитонов и др., 2021)

Високопроизводително соноелектрохимично оборудване

Hielscher Ultrasonics доставя високопроизводително ултразвуково оборудване за надеждно и ефективно соно-електроотлагане / sonoelectroplating на наноматериали. Продуктовата гама включва ултразвукови системи с висока мощност, соно-електроди, реактори и клетки за вашето приложение на соно-електрохимично отлагане.