Sonoelektrokémiai lerakódás

A sonoelektrokémiai lerakódás olyan szintézistechnika, amely ötvözi a szonokémiát és az elektrokémiát, a nanoanyagok rendkívül hatékony és környezetbarát előállításához. Híres, mint gyors, egyszerű, és hatékony, sonoelectrochemical deposition lehetővé teszi a nanorészecskék és nanokompozitok alakvezérelt szintézisét.

Nanorészecskék szono-elektródálása

A sonoelectrodeposition (szintén sonoeletrokémiai lerakódás, szonokémiai galvanizálás, vagy szonokémiai elektródálás) nanorészecskék szintetizálása céljából, egy vagy két ultrahangos szondát (sonotrodes vagy horns) használnak elektródaként. A sonoelectrochemical lerakódás módszere rendkívül hatékony, egyszerű és biztonságos működésű, amely lehetővé teszi a nanorészecskék és nanoszerkezetek nagy mennyiségben történő szintetizálását. Továbbá, sonoelectrochemical lerakódás egy fokozott folyamat, ami azt jelenti, hogy szonikáció felgyorsítja az elektrolízis folyamatot, hogy a reakció hatékonyabb körülmények között futtatható.
A teljesítmény ultrahang alkalmazása szuszpenziókra jelentősen növeli a tömegátadási folyamatokat a makroszkopikus streaming és a mikroszkopikus határfelületi kavitációs erők miatt. Az ultrahangos elektródákon (sono-elektródák) az ultrahangos rezgés és a kavitáció folyamatosan eltávolítja a reakciótermékeket az elektróda felületéről. A passziválás eltávolításával az elektróda felülete folyamatosan rendelkezésre áll az új részecskék szintéziséhez.
Az ultrahang által generált kavitáció elősegíti a sima és egyenletes nanorészecskék képződését, amelyek homogén eloszlásúak a folyékony fázisban.

Nanorészecskék szonoelektrokémiai lerakódása

Amikor ultrahangos mezőt alkalmaznak egy folyékony elektrolitra, a különböző ultrahangos kavitációs jelenségek, mint például az akusztikus áramlás és a mikro-jetting, a lökéshullámok, a tömegátadás fokozása az elektródáról / az elektródára és a felülettisztítás (passziváló rétegek eltávolítása) elősegítik az elektróda / galvanizálási folyamatokat. Az ultrahangos kezelés jótékony hatásait az elektródálásra / galvanizálásra már számos nanorészecske esetében kimutatták, beleértve a fém nanorészecskéket, a félvezető nanorészecskéket, a maghéj nanorészecskéket és az adalékolt nanorészecskéket.
A szonokémiailag elektrodeponált mettális nanorészecskék, mint például a Cr, Cu és Fe keménysége jelentősen megnő, míg a Zn fokozott korrózióállóságot mutat.
Mastai et al. (1999) CdSe nanorészecskéket szintetizált szonoelektrokémiai lerakódással. A különböző elektródálási és ultrahangos paraméterek beállítása lehetővé teszi a CdSe nanorészecskék kristályméretének módosítását röntgensugárból amorf 9 nm-ig (szfalerit fázis).

Ashassi-Sorkhabi és Bagheri (2014) demonstrálták a polipirrol (PPy) szono-elektrokémiai szintézisének előnyeit St-12 acélon oxálsav közegben, galvanosztatikus technikával, 4 mA / cm2 áramsűrűséggel. Az alacsony frekvenciájú ultrahang közvetlen alkalmazása az ultrahangos készülékkel UP400S a polipirrol kompaktabb és homogénebb felületi szerkezetéhez vezetett. Az eredmények azt mutatták, hogy az ultrahanggal előkészített minták bevonatállósága (Rcoat), korrózióállósága (Rcorr) és Warburg ellenállása magasabb volt, mint a nem ultrahanggal szintetizált polipirrolé. A pásztázó elektronmikroszkópia képei vizualizálták az ultrahangos kezelés pozitív hatásait az elektródálás során a részecske morfológiájára: Az eredmények azt mutatják, hogy a sonoelectrochemical szintézis erősen tapadó és sima polipirrol bevonatokat eredményez. Összehasonlítva a sono-elektro-lerakódás eredményeit a hagyományos elektródálással, egyértelmű, hogy a sonoelectrochemistry módszerrel előállított bevonatok nagyobb korrózióállósággal rendelkeznek. Az elektrokémiai cella szonikálása fokozott tömegátadást és a munkaelektróda felületének aktiválását eredményezi. Ezek a hatások jelentősen hozzájárulnak a polipirrol rendkívül hatékony, kiváló minőségű szintéziséhez.

SEM képek (a) PPy és (b) szonoelektrokémiai lerakódott polipirrol (PPy-US) bevonatokról St-12 acélon (7500×-os nagyítás)
(tanulmány és képek: © Ashassi-Sorkhabi és Bagheri, 2014)

Nanokompozitok szonoelektrokémiai lerakódása

Az ultrahangos kezelés elektródálással való kombinációja hatékony, és lehetővé teszi a nanokompozitok könnyed szintézisét.
Kharitonov et al. (2021) nanokompozit Cu-Sn-TiO2 bevonatokat szintetizált szonokémiai elektrodepozícióval oxálsavfürdőből, amely mechanikai és ultrahangos keverés alatt 4 g / dm3 TiO2-t is tartalmaz. Az ultrahangos kezelést a Hielscher ultrasonicator UP200Ht 26 kHz frekvencián és 32 W / dm3 teljesítményen végeztük. Az eredmények azt mutatták, hogy az ultrahangos keverés csökkenti a TiO2 részecskék agglomerációját, és lehetővé teszi a sűrű Cu-Sn-TiO2 nanokompozitok lerakódását. A hagyományos mechanikai keveréshez képest az ultrahangos kezelés során lerakódott Cu-Sn-TiO2 bevonatokat nagyobb homogenitás és simább felület jellemzi. Az ultrahangos nanokompozitokban a TiO2 részecskék többsége beágyazódott a Cu-Sn mátrixba. Az ultrahang keverés bevezetése javítja a TiO2 nanorészecskék felületi eloszlását és akadályozza az aggregációt.
Kimutatták, hogy az ultrahanggal segített elektródálással kialakított nanokompozit Cu-Sn-TiO2 bevonatok kiváló antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkeznek az E. coli baktériumok ellen.

SEM képek a szono-elektrokémiailag lerakódott Cu-Sn-TiO2 bevonatokról katódos áramsűrűséggel 0.5 A / dm2 és 1.0 A / dm2.
(tanulmány és képek: © Kharitonov et al., 2021)

Nagy teljesítményű szonoelektrokémiai berendezések

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket szállít a nanoanyagok megbízható és hatékony szono-elektródálásához / sonoelectrovanizálásához. A termékválaszték nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket, szono-elektródákat, reaktorokat és cellákat tartalmaz a sono-elektrokémiai lerakódási alkalmazáshoz.