Sonoelectrokemiallinen laskeuma

Sonoelectrochemical deposition on synteesitekniikka, jossa yhdistyvät sonokemia ja sähkökemia nanomateriaalien erittäin tehokkaaseen ja ympäristöystävälliseen tuotantoon. Tunnettu, yhtä nopea, yksinkertainen ja tehokas, sonoelectrokemiallinen laskeuma mahdollistaa nanohiukkasten ja nanokomposiittien muotokontrolloidun synteesin.

Nanohiukkasten sonoelektrodipositio

Sonoelectrodeposition (myös sonoeletrokemiallinen laskeuma, sonokemiallinen galvanointi tai sonokemiallinen elektrodipositio) varten nanohiukkasten syntetisoimiseksi elektrodeina käytetään yhtä tai kahta ultraäänianturia (sonotrodes tai sarvet). Sonoelectrokemiallisen laskeuman menetelmä on erittäin tehokas sekä yksinkertainen ja turvallinen käyttää, mikä mahdollistaa nanohiukkasten ja nanorakenteiden syntetisoimisen suurina määrinä. Lisäksi sonoelectrokemiallinen kerrostuminen on tehostettu prosessi, mikä tarkoittaa, että sonikaatio nopeuttaa elektrolyysiprosessia niin, että reaktio voidaan suorittaa tehokkaammissa olosuhteissa.
Tehon ultraäänen soveltaminen suspensioihin lisää merkittävästi massansiirtoprosesseja makroskooppisen suoratoiston ja mikroskooppisten rajapintojen kavitaatiovoimien vuoksi. Ultraäänielektrodeissa (sonoelektrodeissa) ultraäänivärähtely ja kavitaatio poistavat jatkuvasti reaktiotuotteet elektrodin pinnalta. Poistamalla kaikki passivoivat laskeumat elektrodin pinta on jatkuvasti käytettävissä uutta hiukkassynteesiä varten.
Ultraäänellä tuotettu kavitaatio edistää sileiden ja yhtenäisten nanohiukkasten muodostumista, jotka jakautuvat homogeenisesti nestefaasiin.

Nanohiukkasten sonoelektrokemiallinen kerrostuminen

Kun ultraäänikenttää käytetään nestemäiseen elektrolyyttiin, erilaiset ultraäänikavitaatioilmiöt, kuten akustinen virtaus ja mikrosuihkutus, iskuaallot, massansiirron parantaminen elektrodista / elektrodista ja pinnan puhdistus (passivoivien kerrosten poistaminen) edistävät elektrodipositiota / galvanointiprosesseja. Sonikoinnin hyödylliset vaikutukset elektrodipositioon / galvanointiin on jo osoitettu lukuisille nanohiukkasille, mukaan lukien metalliset nanohiukkaset, puolijohdenanohiukkaset, ydinkuoren nanohiukkaset ja seostetut nanohiukkaset.
Sonokemiallisesti elektrolysoituneet mettaaliset nanohiukkaset, kuten Cr, Cu ja Fe, osoittavat merkittävää kovuuden kasvua, kun taas Zn osoittaa lisääntynyttä korroosionkestävyyttä.
(1999) syntetisoi CdSe-nanohiukkasia sonoelektrokemiallisen kerrostumisen kautta. Eri elektrodiposition ja ultraääniparametrien säädöt mahdollistavat CdSe-nanohiukkasten kidekoon muuttamisen röntgenamorfisesta jopa 9 nm: iin (sphaleriittifaasi).

Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri (2014) osoittivat polypyrrolin (PPy) sono-sähkökemiallisen synteesin edut St-12-teräksellä oksaalihappoväliaineessa käyttäen galvanostaattista tekniikkaa, jonka virrantiheys on 4 mA/cm2. Matalataajuisen ultraäänen suora käyttö ultraäänilaitteella UP400S johti polypyrrolin kompaktimpiin ja homogeenisempiin pintarakenteisiin. Tulokset osoittivat, että ultraäänellä valmistettujen näytteiden pinnoituskestävyys (Rcoat), korroosionkestävyys (Rcorr) ja Warburgin kestävyys olivat korkeammat kuin ei-ultraäänellä syntetisoitujen polypyrrolin. Kuvat pyyhkäisyelektronimikroskopiasta visualisoivat ultrasonicationin positiiviset vaikutukset elektrodiposition aikana hiukkasmorfologiaan: Tulokset paljastavat, että sonoelectrokemiallinen synteesi tuottaa voimakkaasti tarttuvia ja sileitä polypyrrolin pinnoitteita. Vertaamalla sono-elektro-laskeuman tuloksia tavanomaiseen elektrodipositioon on selvää, että sonoelectrokemian menetelmällä valmistetuilla pinnoitteilla on suurempi korroosionkestävyys. Sähkökemiallisen kennon sonikaatio johtaa lisääntyneeseen massansiirtoon ja työelektrodin pinnan aktivoitumiseen. Nämä vaikutukset edistävät merkittävästi erittäin tehokasta ja laadukasta polypyrrolin synteesiä.

SEM-kuvat (a) PPy- ja (b) sonoelectrochemial deposited polypyrrole (PPy-US) -pinnoitteista St-12-teräkselle (suurennus 7500×)
(tutkimus ja kuvat: © Ashassi-Sorkhabi ja Bagheri, 2014)

Nanokomposiittien sonoelektrokemiallinen kerrostuminen

Ultrasonicationin ja elektrodiposition yhdistelmä on tehokas ja mahdollistaa nanokomposiittien helpon synteesin.
(2021) syntetisoi nanokomposiitti Cu–Sn–TiO2-pinnoitteet sonokemiallisella elektrodipositiolla oksaalihappohauteesta, joka sisältää lisäksi 4 g/dm3 TiO2:ta mekaanisessa ja ultraäänisekoituksessa. Ultraäänihoito suoritettiin Hielscherin ultraäänilaitteella UP200Ht 26 kHz: n taajuudella ja 32 W / dm3-teholla. Tulokset osoittivat, että ultraääniagitaatio vähentää TiO2-hiukkasten agglomeraatiota ja mahdollistaa tiheiden Cu–Sn–TiO2-nanokomposiittien kerrostumisen. Verrattuna tavanomaiseen mekaaniseen agitaatioon sonikaatioon kerrostuneille Cu–Sn–TiO2-pinnoitteille on ominaista suurempi homogeenisuus ja tasaisempi pinta. Sonikoiduissa nanokomposiiteissa suurin osa TiO2-hiukkasista upotettiin Cu–Sn-matriisiin. Ultraääniagitaation käyttöönotto parantaa TiO2-nanohiukkasten pintajakaumaa ja estää aggregaatiota.
On osoitettu, että ultraääniavusteisella elektrodipositiolla muodostetuilla nanokomposiitti-Cu–Sn–TiO2-pinnoitteilla on erinomaiset antimikrobiset ominaisuudet E. coli -bakteereja vastaan.

SEM-kuvat sono-sähkökemiallisesti kerrostuneista Cu–Sn–TiO2-pinnoitteista katodisen virrantiheyden ollessa 0,5 A/dm2 ja 1,0 A/dm2.
(tutkimus ja kuvat: © Kharitonov et ai., 2021)

Korkean suorituskyvyn sonoelektrokemialliset laitteet

Hielscher Ultrasonics toimittaa korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita nanomateriaalien luotettavaan ja tehokkaaseen sonoelektrodipositioon / sonoelectroplatingiin. Tuotevalikoimaan kuuluu suuritehoisia ultraäänijärjestelmiä, sonoelektrodeja, reaktoreita ja kennoja sono-sähkökemialliseen pinnoitussovellukseen.