Sonoelektrokeemiline sadestamine
Sonoelektrokeemiline sadestamine on sünteesitehnika, mis ühendab sonokeemia ja elektrokeemia nanomaterjalide ülitõhusaks ja keskkonnasõbralikuks tootmiseks. Kiire, lihtsa ja tõhusa sonoelektrokeemilise sadestamisega tuntud sadestamine võimaldab nanoosakeste ja nanokomposiitide kujuga kontrollitud sünteesi.
Nanoosakeste sono-elektrodepositsioon
Sonoelektroodimiseks (ka sonoeletrokeemiline sadestumine, sonokeemiline galvaniseerimine või sonokeemiline elektrodepositsioon) nanoosakeste sünteesimiseks kasutatakse elektroodidena ühte või kahte ultraheli sondi (sonotroode või sarved). Sonoelektrokeemilise sadestumise meetod on väga tõhus ning lihtne ja ohutu kasutada, mis võimaldab sünteesida nanoosakesi ja nanostruktuure suurtes kogustes. Lisaks on sonoelektrokeemiline sadestamine intensiivistunud protsess, mis tähendab, et ultrahelitöötlus kiirendab elektrolüüsiprotsessi, nii et reaktsiooni saab käivitada tõhusamates tingimustes.
Võimsuse ultraheli rakendamine suspensioonidele suurendab märkimisväärselt massiülekande protsesse makroskoopilise voogesituse ja mikroskoopiliste interfacial kavitatsioonijõudude tõttu. Ultraheli elektroodidel (sono-elektroodidel) eemaldab ultraheli vibratsioon ja kavitatsioon pidevalt reaktsioonisaadused elektroodi pinnalt. Eemaldades kõik passiivsed sadestused, on elektroodipind pidevalt saadaval uute osakeste sünteesiks.
Ultraheli genereeritud kavitatsioon soodustab siledate ja ühtlaste nanoosakeste moodustumist, mis jaotuvad vedelas faasis homogeenselt.
- nanoosakesed
- südamikukestaga nanoosakesed
- Nanoosakestega kaunistatud tugi
- nanostruktuurid
- nanokomopsiitmaterjalid
- katted
Nanoosakeste sonoelektrokeemiline sadestumine
Kui ultraheli välja rakendatakse vedelale elektrolüüdile, soodustavad erinevad ultraheli kavitatsiooni nähtused, nagu akustiline voogesitus ja mikrojoad, lööklained, massiülekande suurendamine elektroodilt / elektroodile ja pinna puhastamine (passiivsete kihtide eemaldamine) elektrodepositsiooni / galvaniseerimisprotsesse. Ultrahelitöötluse kasulik mõju elektroodistamisele / galvaniseerimisele on juba tõestatud paljude nanoosakeste, sealhulgas metalliliste nanoosakeste, pooljuhtide nanoosakeste, südamikukestaga nanoosakeste ja dopeeritud nanoosakeste puhul.
Sonokeemiliselt elektrodepeeritud mettaalsed nanoosakesed nagu Cr, Cu ja Fe näitavad kõvaduse olulist suurenemist, samas kui Zn näitab suuremat korrosioonikindlust.
(1999) sünteesisid CdSe nanoosakesi sonoelektrokeemilise sadestumise teel. Erinevate elektroodide ja ultraheli parameetrite reguleerimine võimaldab muuta CdSe nanoosakeste kristallide suurust röntgenikiirguse amorfsest kuni 9 nm (sphalerite faas).
Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri (2014) näitasid polüpürrooli (PPy) sono-elektrokeemilise sünteesi eeliseid St-12 terasel oblikhappe keskkonnas, kasutades galvanostaatilist tehnikat voolutihedusega 4 mA/cm2. Madala sagedusega ultraheli otsene rakendamine ultrasonikaatori UP400S abil tõi kaasa kompaktsemad ja homogeensemad polüpürrooli pinnastruktuurid. Tulemused näitasid, et ultraheli valmistatud proovide kattekindlus (Rcoat), korrosioonikindlus (Rcorr) ja Warburgi resistentsus olid kõrgemad kui ultraheliga sünteesitud polüpürroolil. Skaneeriva elektronmikroskoopia pildid visualiseerisid ultraheli positiivset mõju elektrodepositsiooni ajal osakeste morfoloogiale: Tulemused näitavad, et sonoelektrokeemiline süntees annab tugevalt kleepuvad ja siledad polüpürrooli katted. Võrreldes sono-elektrosadestumise tulemusi tavapärase elektrodepositsiooniga, on selge, et sonoelektrokeemia meetodil valmistatud katetel on suurem korrosioonikindlus. Elektrokeemilise raku ultrahelitöötluse tulemuseks on suurenenud massiülekanne ja tööelektroodi pinna aktiveerimine. Need toimed aitavad märkimisväärselt kaasa polüpürrooli väga tõhusale ja kvaliteetsele sünteesile.

Sonokeemiline elektrodepositsioon võimaldab toota nanoosakesi, südamikukestaga nanoosakesi, nanoosakestega kaetud tuge ja nanostruktuurseid materjale.
(pilt ja uuring: ©Islam et al. 2019)
Nanokomposiitide sonoelektrokeemiline sadestamine
Ultraheli ja elektrodepositsiooni kombinatsioon on efektiivne ja võimaldab nanokomposiitide facile sünteesi.
(2021) sünteesis nanokomposiit Cu–Sn–TiO2 katted sonokeemilise elektrodepositsiooniga oksaalhappe vannist, mis sisaldas lisaks 4 g / dm3 TiO2 mehaanilise ja ultraheli agitatsiooni all. Ultraheliravi viidi läbi Hielscheri ultrasonikaatoriga UP200Ht sagedusel 26 kHz ja võimsusega 32 W/dm3. Tulemused näitasid, et ultraheli agitatsioon vähendab TiO2 osakeste aglomeratsiooni ja võimaldab tihedate Cu–Sn–TiO2 nanokomposiitide sadestumist. Võrreldes tavapärase mehaanilise segamisega iseloomustab ultrahelitöötluse all ladestunud Cu–Sn–TiO2 katteid suurem homogeensus ja siledam pind. Ultraheliga töödeldud nanokomposiitides oli enamik TiO2 osakesi sisestatud Cu–Sn maatriksisse. Ultraheli agitatsiooni kasutuselevõtt parandab TiO2 nanoosakeste pinnajaotust ja takistab agregatsiooni.
On näidatud, et ultraheli abil elektrodepositsioonil moodustatud nanokomposiit Cu–Sn–TiO2 katetel on suurepärased antimikroobsed omadused E. coli bakterite vastu.
Suure jõudlusega sonoelektrokeemilised seadmed
Hielscher Ultrasonics varustab suure jõudlusega ultraheli seadmeid usaldusväärse ja tõhusa sono-elektroodimise / nanomaterjalide sonogalvaanika jaoks. Tootevalikusse kuuluvad suure võimsusega ultrahelisüsteemid, sonoelektroodid, reaktorid ja rakud sono-elektrokeemilise sadestamisrakenduse jaoks.
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Kirjandus/viited
- 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 Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid Lab et tööstuslik suurus.