Sonoelektrochemické nanášení povlaků s nanotechnologiemi
Sonoelektrochemické nanášení spojuje vysoce intenzivní ultrazvuk s elektrolytickým pokovováním a vytváří husté, přilnavé, nanopovlaky s řízenou mikrostrukturou.Intenzivní ultrazvukové míchání a mikroproudění neustále obnovuje difuzní vrstvu a čistí/aktivuje povrch elektrody; v důsledku toho se zvyšuje transport iontů a rychlost nukleace, zrna se zjemňují, pórovitost klesá a zlepšuje se pokrytí složitých geometrií. Stejně tak je důležité, že sonda rozptyluje a deaglomeruje nanopřísady (karbidy, oxidy, deriváty grafenu a další), což umožňuje reprodukovatelné společné nanášení nanokompozitů kovové matrice s vynikající tvrdostí, odolností proti opotřebení a korozi a bariérovými vlastnostmi.
Jak sonikace zlepšuje elektrochemické nanášení?
Sondy typu Hielscher dodávají vysokou hustotu akustické energie přímo do elektrolytu. – zatímco přesná regulace amplitudy a pracovního cyklu, možnosti průtočného reaktoru a robustní sonotrody podporují stabilní chemii v lázni a rozšiřování od stolních zkoušek až po kontinuální průmyslové linky. Výsledkem sono-elektrochemického procesu depozice je rychlejší transport hmoty bez ztráty uniformity, čistší rozhraní bez agresivních chemikálií a jemně dispergované nanofáze bez sedimentace nebo střihu trysky.
Ultrazvuková sonda funguje jako elektroda. Ultrazvukové vlny podporují elektrochemické reakce, což vede ke zlepšení účinnosti, vyšším výnosům a rychlejším konverzním poměrům.
Sonoelektrochemie výrazně zlepšuje elektrodepoziční procesy.
Praktický návod pro zavádění sonoelektrochemického nanášení
Všechny sonciátory Hielscher umožňují přesné řízení amplitudy, a tím i dynamiky kavitace a intenzity mikroproudění.
Rozptýlení nanočástic – např. Al₂O₃ nebo uhlíková nanoplniva. – ultrazvukem v elektrolytu před nanesením a během něj. Nepřetržitá ultrazvuková agitace zabraňuje aglomeraci v elektrolytickém systému a vede k hustším a rovnoměrnějším povlakům.
Složení elektrolytické lázně, množství nanočástic a teplota jsou dalšími parametry, které ovlivňují proces sono-elektrochemické depozice.
Elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS) a potenciodynamická polarizace (PDP) jsou doplňující se standardní techniky pro kvantifikaci koroze a vlastností povlaku. Použijte EIS s modelem se dvěma časovými konstantami (povlak + přenos náboje) k extrakci Rcoat a Rct a potvrďte je pomocí PDP/Tafel. Hledejte zvýšené Rp, vymizení Warburgových rysů při nízké frekvenci a snížené odhady pórovitosti; to jsou spolehlivé markery kompaktnosti podporované ultrazvukem.
Nadměrná intenzita sonikace může zvýšit drsnost povrchu, zachytit plyn a bránit společnému nanášení nebo balení polymerů.
SEM snímky (a) PPy a (b) sonoelektrochemicky deponovaných polypyrrolových (PPy-US) povlaků na oceli St-12 (zvětšení 7500×)
(studie a obrázky: © Ashassi-Sorkhabi a Bagheri, 2014)
Vysoce výkonné sonikátory pro zintenzivnění elektrochemického nanášení
Vysoce výkonné sondy zintenzivňují elektrochemickou depozici tím, že dodávají vysokou hustotu akustické energie přesně tam, kde je to potřeba: do elektrodové mezery. Na rozdíl od lázní spojují ultrazvukové sondy ultrazvukovou energii přímo do elektrolytu, čímž vytvářejí robustní kavitaci, ztenčují Nernstovu difuzní vrstvu a udržují rychlý a stabilní transport hmoty i při vysokých proudových hustotách. Přesné řízení amplitudy udržuje konstantní akustické pole při zatížení. – což je rozhodující pro reprodukovatelnou rychlost nukleace, zjemnění zrn a rovnoměrnou tloušťku na složitých geometriích. Stejně důležité je, že intenzivní mikroproudění rozptyluje a deaglomeruje nanopřísady in situ, což umožňuje stabilní ko- depozici nanokompozitů kov-matrice bez sedimentace nebo poškození způsobeného smykem. Průmyslové sonikátory, sonotrody a průtočné reaktory Hielscher podporují nepřetržitý provoz, přesné řízení doby setrvání a čistou integraci s filtrací, řízením teploty a inline analýzou.
S Hielscher sono-elektrochemické nastavení získáte vyšší rychlosti nanášení bez obětování morfologie, méně vad vyvolaných plynem, vynikající přilnavost a povlaky se zvýšenou tvrdostí, opotřebení a odolnost proti korozi - dodáno. To vše se škálovatelností a stabilitou procesu, pro které jsou sonikátorové systémy Hielscher známé.
Sondy ultrazvukových procesorů UIP2000hdT (2000 W, 20 kHz) působí jako elektrody pro sonoelektrodepozici nanočástic
Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany
Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.
Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Literatura / Reference
- Habib Ashassi-Sorkhabi, Jafar Mostafaei, Amir Kazempour, Elnaz Asghari (2022): Ultrasonic-assisted deposition of Ni-P-Al2O3 coating for practical protection of mild steel: Influence of ultrasound frequency on the corrosion behavior of the coating. Chemical Revision Letters 5, 2022. 127-132.
- Habib Ashassi-Sorkhabi, Robabeh Bagheri, Babak Rezaei-moghadam (2014): Sonoelectrochemical Synthesis of PPy-MWCNTs-Chitosan Nanocomposite Coatings: Characterization and Corrosion Behavior. Journal of Materials Engineering and Performance 2014.
- McKenzie, Katy J.; Marken, Frank (2001): Direct electrochemistry of nanoparticulate Fe2O3 in aqueous solution and adsorbed onto tin-doped indium oxide. Pure and Applied Chemistry, Vol. 73, No. 12, 2001. 1885-1894.
- Maho, A., Detriche, S., Fonder, G., Delhalle, J. and Mekhalif, Z. (2014): Electrochemical Co‐Deposition of Phosphonate‐Modified Carbon Nanotubes and Tantalum on Nitinol. Chemelectrochem 1, 2014. 896-902.
- Yurdal, K.; Karahan, İ. H. (2017): A Cyclic Voltammetry Study on Electrodeposition of Cu-Zn Alloy Films: Effect of Ultrasonication Time. Acta Physica Polonica A, Vol. 132, Issue 3-II, 2017. 1087-1090.
Nejčastější dotazy
Co je elektrochemické nanášení?
Bezelektrické nanášení - nazývané také autokatalytické (chemické) pokovování - je vytváření povlaku kovu nebo slitiny bez vnějšího proudu, a to heterogenní chemickou redukcí iontů kovu rozpuštěným redukčním činidlem na katalytickém povrchu. Po vytvoření zárodku rostoucí vrstva katalyzuje další redukci, takže depozice probíhá rovnoměrně na složitých geometriích a - dokonce i po katalytické aktivaci (např. Pd/Sn) - na nevodivých substrátech. Lázně obsahují sůl kovu, redukční činidlo (např. hypofosfit, borohydrid nebo DMAB), komplexanty, pufry, povrchově aktivní látky a stabilizátory; rychlost a složení se řídí teplotou, pH a hydrodynamikou.
Co je bezelektrické nanášení?
Bezelektrické nanášení - nazývané také autokatalytické nebo chemické pokovování - je proces nanášení povlaků na kovy (nebo slitiny), který probíhá bez vnějšího elektrického proudu. Místo toho rozpuštěné redukční činidlo v lázni chemicky redukuje ionty kovu na katalytickém povrchu, takže rostoucí vrstva sama udržuje reakci (autokatalýza). Protože nedochází k distribuci proudu, je tloušťka vysoce rovnoměrná i na složitých geometriích a uvnitř prohlubní a - po krátkém kroku aktivace povrchu (např. Pd/Sn) - lze potahovat i nevodivé substráty.
Co je to Nernstova difúzní vrstva?
Nernstova difuzní vrstva je hypotetická stagnující vrstva přiléhající k povrchu elektrody, v níž dochází k transportu hmoty především difuzí. Je to pojem používaný v elektrochemii k popisu koncentračního gradientu druhu v blízkosti elektrody během elektrochemické reakce.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.