سنتز سونوالکتروشیمیایی نانوذرات
سنتز الکتروشیمیایی نانوذرات با تقویت فراصوت، روشی بسیار مؤثر و مقرون‌به‌صرفه برای تولید نانوذرات باکیفیت در مقیاس بزرگ است. سنتز سونوالکتروشیمیایی که رسوب‌دهی سونوالکتریکی نیز نامیده می‌شود، امکان تهیهٔ نانوساختارهایی از مواد گوناگون و با شکل‌های مختلف را فراهم می‌کند.
سنتز سونوالکتروشیمیایی و رسوب‌دهی سونوالکتریکی نانوذرات
سنتز سونوالکتروشیمیایی یا رسوب‌دهی سونوالکتریکی، روشی برای تولید نانوذرات فلزی است که در آن، طی فرایند رسوب‌دهی الکتریکی از فراصوت پرتوان استفاده می‌شود تا انتقال جرم نانوذرات در حال رشد بر سطح کاتد و در محلول پیرامون آن تقویت شود.
برای سنتز سونوالکتروشیمیایی یا رسوب‌دهی سونوالکتریکی نانوذرات، اثرات سونوشیمی با فرایند رسوب‌دهی الکتریکی ترکیب می‌شوند. اثرات سونوالکتروشیمیایی امواج فراصوت پرتوان و کاویتاسیون آکوستیکی ناشی از آن‌ها بر واکنش‌های شیمیایی، از دماها و فشارهای بسیار بالا و اختلاف‌های دما و فشار ناشی می‌شوند که درون و پیرامون حباب‌های کاویتاسیونِ در حال فروپاشی ایجاد می‌شوند. سونوالکتروشیمی با ترکیب سونوشیمی و الکتروشیمی، اثرات توأمانی مانند بهبود انتقال جرم، پاک‌سازی سطوح الکترودها، گاززدایی محلول و افزایش سرعت واکنش‌ها را فراهم می‌کند. در مجموع، مزیت برجستهٔ سنتز سونوالکتروشیمیایی نانوذرات (رسوب‌دهی سونوالکتریکی)، تولید نانوذرات باکیفیت با بازده بالا است؛ این نانوذرات را می‌توان در شرایط ملایم و طی فرایندی سریع و مقرون‌به‌صرفه تولید کرد. پارامترهای فرایندی سونوالکتروشیمی و رسوب‌دهی سونوالکتریکی امکان تأثیرگذاری بر اندازه و ریخت‌شناسی ذرات را فراهم می‌کنند.
دربارهٔ رسوب‌دهی سونوالکتروشیمیایی نانوذرات و مواد نانوساختار بیشتر بخوانید!
بخوانید که چگونه استخراج الکتریکی به کمک فراصوت، بازده را افزایش و هزینه‌های فرایند را کاهش می‌دهد!
الکترود سونوالکتروشیمیایی برای سنتز نانوذرات (رسوب‌دهی سونوالکتریکی)
- بسیار مؤثر
- قابل‌استفاده برای بسیاری از مواد و ساختارها
- فرایند سریع
- فرایند «تک‌ظرفی»
- شرایط ملایم
- کم‌هزینه
- ایمن و آسان برای کاربری
سنتز سونوالکتروشیمیایی / رسوب‌دهی سونوالکتریکی چگونه عمل می‌کند؟
چیدمان پایهٔ یک سامانهٔ رسوب‌دهی سونوالکتریکی برای سنتز سونوالکتروشیمیایی نانوذرات بسیار ساده است. تنها تفاوت میان چیدمان رسوب‌دهی سونوالکتریکی و چیدمان رسوب‌دهی الکتریکی این است که در سامانهٔ رسوب‌دهی سونوالکتریکی، از یک یا چند پروب فراصوتی به‌عنوان الکترود استفاده می‌شود. پروب فراصوتی برای سنتز نانوذرات فلزی نقش الکترود کار را ایفا می‌کند. یکی از اثرات محرک اصلی فراصوت در رسوب‌دهی سونوالکتریکی، افزایش انتقال جرم میان الکترود (کاتد و/یا آند) و محلول پیرامون آن است.
از آنجا که پارامترهای فرایندی سنتز سونوالکتروشیمیایی و رسوب‌دهی سونوالکتریکی را می‌توان به‌دقت کنترل و تنظیم کرد، سنتز نانوذرات با اندازه و شکل کنترل‌شده امکان‌پذیر است. سنتز سونوالکتروشیمیایی و رسوب‌دهی سونوالکتریکی برای طیف گسترده‌ای از نانوذرات فلزی و کمپلکس‌های نانوساختار قابل‌استفاده‌اند.
مزایای سنتز سونوالکتروشیمیایی نانوذرات
گروه پژوهشی پروفسور Islam و پروفسور Pollet در NTNU، در مقالهٔ پژوهشی خود (2019)، مزایای اصلی تولید سونوالکتروشیمیایی نانوذرات را چنین خلاصه می‌کنند: «(i) افزایش چشمگیر انتقال جرم در نزدیکی الکترود و در نتیجه تغییر سرعت و گاهی سازوکار واکنش‌های الکتروشیمیایی، (ii) تغییر ریخت‌شناسی سطح به‌واسطهٔ جت‌های کاویتاسیون در فصل مشترک الکترود و الکترولیت، که معمولاً موجب افزایش مساحت سطح می‌شود، و (iii) کاهش ضخامت لایهٔ نفوذ الکترود و در نتیجه تهی‌شدن از یون.» (Islam et al. 2019)
- نانوذرات فلزی
- نانوپودرهای آلیاژی و نیمه‌رسانا
- نانوذرات پلیمری
- نانوکامپوزیت‌ها
مانند
- نانوذرات (NPs) مس (Cu)
- مگنتیت (Fe3O4) به‌شکل نانوذرات
- نانوذرات آلیاژ تنگستن–کبالت (W-Co)
- نانوکمپلکس‌های روی (Zn)
- نانومیله‌های طلا (Au)
- نانوذرات Fe45Pt55 فرومغناطیسی
- نقاط کوانتومی (QDs) تلورید کادمیم (CdTe)
- نانومیله‌های تلورید سرب (PbTe)
- دی‌سولفید مولیبدنِ فولرن‌مانند (MoS2)
- نانوذرات پلی‌آنیلین (PA)
- پلیمر رسانای پلی(N-متیل‌آنیلین) (PNMA)
- نانوکامپوزیت‌های پلی‌پیرول/نانولوله‌های کربنی چنددیواره (MWCNTs)/کیتوسان
پروب‌ها و راکتورهای الکتروشیمیایی با عملکرد بالا
Hielscher Ultrasonics، با سال‌ها تجربه، شریک شما در زمینهٔ سامانه‌های فراصوتی با عملکرد بالا برای سونوشیمی و سونوالکتروشیمی است. ما پروب‌ها و راکتورهای فراصوتی پیشرفته‌ای را تولید و عرضه می‌کنیم که در سراسر جهان برای کاربردهای سنگین در محیط‌های دشوار استفاده می‌شوند. Hielscher برای سونوالکتروشیمی و رسوب‌دهی سونوالکتریکی، پروب‌های فراصوتی، راکتورها و عایق‌های ویژه‌ای توسعه داده است. پروب‌های فراصوتی نقش کاتد و/یا آند را ایفا می‌کنند، در حالی که سلول‌های راکتور فراصوتی شرایط بهینه را برای واکنش‌های الکتروشیمیایی فراهم می‌سازند. الکترودها و سلول‌های فراصوتی برای سامانه‌های گالوانی / ولتایی و نیز سامانه‌های الکترولیتی در دسترس‌اند.
دامنه‌های قابل‌کنترل با دقت بالا برای دستیابی به نتایج بهینه
تمام پردازشگرهای فراصوتی Hielscher به‌دقت قابل‌کنترل‌اند و ازاین‌رو تجهیزاتی قابل‌اعتماد برای کار مداوم در تحقیق و توسعه و تولید هستند. دامنه یکی از پارامترهای کلیدی فرایند است که بر کارایی و اثربخشی واکنش‌های القاشده به‌صورت سونوشیمیایی و سونومکانیکی تأثیر می‌گذارد. تمام پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics امکان تنظیم دقیق دامنه را فراهم می‌کنند. پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher می‌توانند دامنه‌های بسیار بالا ایجاد کنند و شدت فراصوت موردنیاز برای کاربردهای دشوار سونوالکتروشیمیایی را تأمین کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است.
تنظیم دقیق دامنه و پایش مداوم پارامترهای فرایند فراصوتی از طریق نرم‌افزار هوشمند، امکان تأثیرگذاری دقیق بر واکنش سونوالکتروشیمیایی را به شما می‌دهد. در هر نوبت فراصوت‌دهی، تمام پارامترهای فراصوتی به‌طور خودکار روی کارت SD داخلی ثبت می‌شوند تا هر نوبت را بتوان ارزیابی و کنترل کرد. فراصوت‌دهی بهینه برای دستیابی به کارآمدترین واکنش‌های سونوالکتروشیمیایی!
تمام تجهیزات برای استفادهٔ 24/7/365 تحت بار کامل ساخته شده‌اند و استحکام و قابلیت اطمینان آن‌ها، این تجهیزات را به ابزارهایی برای کار مداوم در فرایند الکتروشیمیایی شما تبدیل می‌کند. به این ترتیب، تجهیزات فراصوتی Hielscher ابزار کاری قابل‌اعتمادی هستند که الزامات فرایند سونوالکتروشیمیایی شما را برآورده می‌کنند.
بالاترین کیفیت – طراحی و ساخت آلمان
Hielscher به‌عنوان کسب‌وکاری با مالکیت و مدیریت خانوادگی، بالاترین استانداردهای کیفیت را برای پردازشگرهای فراصوتی خود در اولویت قرار می‌دهد. تمام سونیکاتورها در دفتر مرکزی ما در تلتو، نزدیک برلین در آلمان، طراحی و ساخته می‌شوند و به‌طور کامل تحت آزمون قرار می‌گیرند. استحکام و قابلیت اطمینان تجهیزات فراصوتی Hielscher، آن‌ها را به ابزارهایی برای کار مداوم در تولید شما تبدیل می‌کند. کارکرد 24/7 تحت بار کامل و در محیط‌های دشوار، ویژگی ذاتی پروب‌ها و راکتورهای فراصوتی با عملکرد بالای Hielscher است.
همین حالا با ما تماس بگیرید و الزامات فرایند الکتروشیمیایی خود را با ما در میان بگذارید! ما مناسب‌ترین الکترودهای فراصوتی و چیدمان راکتور را به شما پیشنهاد خواهیم کرد!
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
پروب‌های پردازشگرهای فراصوتی UIP2000hdT (2000 وات، 20kHz) به‌عنوان الکترود برای رسوب‌دهی سونوالکتریکی نانوذرات عمل می‌کنند
پروب سونیکاتور UIP2000hdT در یک چیدمان سونوالکتروشیمیایی برای سنتز نانوذرات، به‌عنوان الکترود عمل می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
فناوری فراصوت با عملکرد بالا! مجموعهٔ محصولات Hielscher کل طیف تجهیزات را، از سونیکاتور آزمایشگاهی جمع‌وجور و دستگاه‌های رومیزی تا سامانه‌های فراصوتی تمام‌صنعتی، پوشش می‌دهد.