સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ

સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ એ સંશ્લેષણની એક તકનીક છે, જેમાં નેનોસામગ્રીઓના અત્યંત કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ ઉત્પાદન માટે સોનોરસાયણશાસ્ત્ર અને વિદ્યુતરસાયણશાસ્ત્રને જોડવામાં આવે છે. ઝડપી, સરળ અને અસરકારક પદ્ધતિ તરીકે જાણીતી સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ પદ્ધતિ વડે નેનોકણો અને નેનોસંયુક્ત સામગ્રીઓનું આકારનિયંત્રિત સંશ્લેષણ કરી શકાય છે.

નેનોકણોનું સોનોવિદ્યુતનિક્ષેપણ

નેનોકણોના સંશ્લેષણના હેતુથી કરવામાં આવતા સોનોવિદ્યુતનિક્ષેપણમાં (જે સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ, સોનોરાસાયણિક ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ અથવા સોનોરાસાયણિક વિદ્યુતનિક્ષેપણ તરીકે પણ ઓળખાય છે) એક અથવા બે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ (સોનોટ્રોડ અથવા હોર્ન)નો ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણની પદ્ધતિ અત્યંત કાર્યક્ષમ હોવાની સાથે સંચાલનમાં સરળ અને સલામત પણ છે, જેના દ્વારા નેનોકણો અને નેનોસંરચનાઓનું મોટા જથ્થામાં સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. વધુમાં, સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ એક તીવ્રીકૃત પ્રક્રિયા છે, એટલે કે સોનિકેશન વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયાને વેગ આપે છે, જેથી પ્રતિક્રિયા વધુ અસરકારક પરિસ્થિતિઓમાં ચલાવી શકાય છે.
નિલંબનો પર ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો પ્રયોગ કરવાથી સ્થૂળ સ્તરના પ્રવાહન અને સૂક્ષ્મ સ્તરના આંતરપૃષ્ઠીય કેવિટેશન બળોને કારણે દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણની પ્રક્રિયાઓમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઇલેક્ટ્રોડ (સોનો-ઇલેક્ટ્રોડ) પર અલ્ટ્રાસોનિક કંપન અને કેવિટેશન ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પરથી પ્રતિક્રિયાનાં ઉત્પાદનોને સતત દૂર કરે છે. નિષ્ક્રિયતા પેદા કરતા કોઈપણ નિક્ષેપને દૂર કરવાથી ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી નવા કણોના સંશ્લેષણ માટે સતત ઉપલબ્ધ રહે છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉત્પન્ન થતું કેવિટેશન લીસા અને એકસમાન નેનોકણોની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે, જે પ્રવાહી પ્રાવસ્થામાં સમાનરૂપે વિતરિત હોય છે.

નેનોકણોનું સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ

જ્યારે પ્રવાહી વિદ્યુતવિભાજ્ય પર અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ધ્વનિક પ્રવાહન અને સૂક્ષ્મ જેટનું નિર્માણ, આઘાત તરંગો, ઇલેક્ટ્રોડથી/તરફ દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણમાં વધારો અને સપાટીની સફાઈ (નિષ્ક્રિયતા પેદા કરતા સ્તરોને દૂર કરવા) જેવી અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનની વિવિધ ઘટનાઓ વિદ્યુતનિક્ષેપણ / ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગની પ્રક્રિયાઓને પ્રોત્સાહન આપે છે. ધાત્વિક નેનોકણો, અર્ધવાહક નેનોકણો, કોર-શેલ નેનોકણો અને ડોપ કરેલા નેનોકણો સહિત અનેક નેનોકણોના વિદ્યુતનિક્ષેપણ / ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ પર સોનિકેશનની લાભદાયક અસરો પહેલેથી જ દર્શાવવામાં આવી છે.
સોનોરાસાયણિક રીતે વિદ્યુતનિક્ષેપિત Cr, Cu અને Fe જેવા ધાત્વિક નેનોકણોની કઠિનતામાં નોંધપાત્ર વધારો જોવા મળે છે, જ્યારે Zn માં કાટપ્રતિકારમાં વધારો જોવા મળે છે.
Mastai et al. (1999) એ સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ દ્વારા CdSe નેનોકણોનું સંશ્લેષણ કર્યું હતું. વિદ્યુતનિક્ષેપણ અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડના વિવિધ પરિમાણોમાં ફેરફાર કરવાથી CdSe નેનોકણોના સ્ફટિકનું કદ X-કિરણની દૃષ્ટિએ અસ્ફટિકીય અવસ્થાથી લઈને 9 nm સુધી (સ્ફેલેરાઇટ પ્રાવસ્થા) બદલી શકાય છે.

Ashassi-Sorkhabi અને Bagheri (2014) એ 4 mA/cm2 ની વિદ્યુતપ્રવાહ ઘનતા ધરાવતી ગેલ્વેનોસ્ટેટિક તકનીકનો ઉપયોગ કરીને ઑક્ઝેલિક એસિડના માધ્યમમાં St-12 સ્ટીલ પર પોલિપાયરોલ (PPy)ના સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક સંશ્લેષણના ફાયદા દર્શાવ્યા હતા. અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400S નો ઉપયોગ કરીને ઓછી આવૃત્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો સીધો પ્રયોગ કરવાથી પોલિપાયરોલની વધુ સુઘન અને વધુ સમાનરૂપ સપાટી સંરચનાઓ બની હતી. પરિણામોએ દર્શાવ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરેલા નમૂનાઓનો કોટિંગ અવરોધ (Rcoat), કાટ અવરોધ (Rcorr) અને વૉરબર્ગ અવરોધ, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વિના સંશ્લેષિત પોલિપાયરોલ કરતાં વધારે હતા. સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપીની છબીઓએ વિદ્યુતનિક્ષેપણ દરમિયાન કણોની આકૃતિરચના પર અલ્ટ્રાસોનિકેશનની સકારાત્મક અસરો દર્શાવી હતી: પરિણામો જણાવે છે કે સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક સંશ્લેષણથી પોલિપાયરોલનાં મજબૂત રીતે ચોંટેલાં અને લીસાં કોટિંગ પ્રાપ્ત થાય છે. સોનોવિદ્યુતનિક્ષેપણનાં પરિણામોની પરંપરાગત વિદ્યુતનિક્ષેપણ સાથે સરખામણી કરતાં સ્પષ્ટ થાય છે કે સોનોવિદ્યુતરસાયણશાસ્ત્રની પદ્ધતિથી તૈયાર કરેલાં કોટિંગમાં વધુ કાટપ્રતિકાર હોય છે. વિદ્યુતરાસાયણિક કોષનું સોનિકેશન કરવાથી દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ વધે છે અને કાર્યકારી ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી સક્રિય થાય છે. આ અસરો પોલિપાયરોલના અત્યંત કાર્યક્ષમ અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા સંશ્લેષણમાં નોંધપાત્ર યોગદાન આપે છે.

St-12 સ્ટીલ પરનાં (a) PPy અને (b) સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક રીતે નિક્ષેપિત પોલિપાયરોલ (PPy-US) કોટિંગની SEM છબીઓ (7500× આવર્ધન)
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: © Ashassi-Sorkhabi અને Bagheri, 2014)

નેનોસંયુક્ત સામગ્રીઓનું સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણ

અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને વિદ્યુતનિક્ષેપણનું સંયોજન અસરકારક છે અને તેના દ્વારા નેનોસંયુક્ત સામગ્રીઓનું સરળતાથી સંશ્લેષણ કરી શકાય છે.
Kharitonov et al. (2021) એ યાંત્રિક અને અલ્ટ્રાસોનિક હલનચલન હેઠળ, વધારાના 4 g/dm3 TiO2 ધરાવતા ઑક્ઝેલિક એસિડના સ્નાનમાંથી સોનોરાસાયણિક વિદ્યુતનિક્ષેપણ દ્વારા નેનોસંયુક્ત Cu–Sn–TiO2 કોટિંગનું સંશ્લેષણ કર્યું હતું. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP200Ht વડે 26 kHz આવૃત્તિ અને 32 W/dm3 શક્તિએ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચાર કરવામાં આવ્યો હતો. પરિણામોએ દર્શાવ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક હલનચલન TiO2 કણોના ગઠ્ઠા બનવાનું ઘટાડે છે અને સુઘન Cu–Sn–TiO2 નેનોસંયુક્ત સામગ્રીઓનું નિક્ષેપણ શક્ય બનાવે છે. પરંપરાગત યાંત્રિક હલનચલન સાથે સરખામણી કરતાં, સોનિકેશન હેઠળ નિક્ષેપિત Cu–Sn–TiO2 કોટિંગ વધુ સમાનરૂપતા અને વધુ લીસી સપાટી ધરાવે છે. સોનિકેશન કરેલી નેનોસંયુક્ત સામગ્રીઓમાં મોટાભાગના TiO2 કણો Cu–Sn મેટ્રિક્સમાં જડાયેલા હતા. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા હલનચલન ઉમેરવાથી TiO2 નેનોકણોનું સપાટી પરનું વિતરણ સુધરે છે અને તેમનું એકત્રીકરણ અવરોધાય છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી થતા વિદ્યુતનિક્ષેપણ દ્વારા બનેલાં નેનોસંયુક્ત Cu–Sn–TiO2 કોટિંગ E. coli બેક્ટેરિયા સામે ઉત્કૃષ્ટ સૂક્ષ્મજીવવિરોધી ગુણધર્મો દર્શાવે છે તે બતાવવામાં આવ્યું છે.

0.5 A/dm2 અને 1.0 A/dm2 ની કેથોડિક વિદ્યુતપ્રવાહ ઘનતાએ સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક રીતે નિક્ષેપિત Cu–Sn–TiO2 કોટિંગની SEM છબીઓ.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: © Kharitonov et al., 2021)

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક ઉપકરણો

Hielscher Ultrasonics નેનોસામગ્રીઓના વિશ્વસનીય અને કાર્યક્ષમ સોનોવિદ્યુતનિક્ષેપણ / સોનોઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો પૂરાં પાડે છે. ઉત્પાદન શ્રેણીમાં તમારી સોનોવિદ્યુતરાસાયણિક નિક્ષેપણની કામગીરી માટે ઉચ્ચ શક્તિવાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રણાલીઓ, સોનો-ઇલેક્ટ્રોડ, રિએક્ટર અને કોષોનો સમાવેશ થાય છે.