Sonoelektrokémiai lerakódás

A sonoelectrochemical deposition egy szintézistechnika, amely ötvözi a szonokémiát és az elektrokémiát, a nanoanyagok rendkívül hatékony és környezetbarát előállítása érdekében. A gyors, egyszerű és hatékony sonoelectrochemical lerakódás lehetővé teszi a nanorészecskék és nanokompozitok alakszabályozott szintézisét.

Nanorészecskék sono-elektróda elhelyezése

A nanorészecskék szintetizálására szolgáló sonoelectrodeposition (sonoeletrokémiai lerakódás, szonokémiai galvanizálás vagy szonokémiai elektródáció) esetében egy vagy két ultrahangos szondát (sonotrodes vagy szarvak) használnak elektródaként. A sonoelectrochemical lerakódás módszere rendkívül hatékony, valamint egyszerű és biztonságos működésű, ami lehetővé teszi a nanorészecskék és nanoszerkezetek nagy mennyiségben történő szintetizálását. Ezenkívül a szonoelektrokémiai lerakódás intenzívebb folyamat, ami azt jelenti, hogy az ultrahangos kezelés felgyorsítja az elektrolízis folyamatát, hogy a reakció hatékonyabb körülmények között futhasson.
A teljesítmény ultrahang alkalmazása a felfüggesztésekre jelentősen növeli a tömegátviteli folyamatokat a makroszkopikus streaming és a mikroszkopikus interfaciális kavitációs erők miatt. Az ultrahangos elektródákon (sono-elektródák) az ultrahangos rezgés és kavitáció folyamatosan eltávolítja a reakciótermékeket az elektróda felületéről. A passziváló lerakódások 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 módon oszlanak el a folyékony fázisban.

Nanorészecskék sonoelectrokémiai lerakódása

Amikor ultrahangos mezőt alkalmazunk egy folyékony elektrolitra, a különböző ultrahangos kavitációs jelenségek, mint például az akusztikus streaming és a mikro-jetting, a lökéshullámok, a tömegátvitel fokozása az elektródáról / az elektródára és a felülettisztítás (passziváló rétegek eltávolítása) elősegítik az elektródás / galvanizálási folyamatokat. Az ultrahangos kezelés előnyös hatásait az elektródásra / galvanizálásra már számos nanorészecske esetében bizonyították, beleértve a fém nanorészecskéket, a félvezető nanorészecskéket, a maghéj nanorészecskéket és az adalékolt nanorészecskéket.
A sonokémiailag elektrodeponált metrikus nanorészecskék, mint például a Cr, Cu és Fe a keménység jelentős növekedését mutatják, míg a Zn fokozott korrózióállóságot mutat.
Mastai et al. (1999) CdSe nanorészecskéket szintetizált szonoelektrokémiai lerakódással. A különböző elektródpozíciós és ultrahangos paraméterek beállítása lehetővé teszi a CdSe nanorészecskék kristályméretének módosítását röntgen amorfból 9 nm-ig (sphalerit fázis).

Ashassi-Sorkhabi és Bagheri (2014) a polipirrol (PPy) szono-elektrokémiai szintézisének előnyeit mutatták be St-12 acélon oxálsav közegben, 4 mA/cm2 áramsűrűségű galvanosztatikus technikával. Az alacsony frekvenciájú ultrahang közvetlen alkalmazása az UP400S ultrahangos készülékkel kompaktabb és homogénebb felületi szerkezetekhez vezetett a polipirrolban. 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 elektródáció 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 elektródpozícióval, 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.

ST-12 acél (a) PPy és (b) szonoelektronikai lerakódású polipirrol (PPy-US) bevonatainak SEM képei (7500× nagyítás)
(tanulmány és képek: © Ashassi-Sorkhabi és Bagheri, 2014)

Nanokompozitok szonoelektrokémiai lerakódása

Az ultrahangos kezelés és az elektródpozíció kombinációja hatékony és lehetővé teszi a nanokompozitok facile szintézisét.
Kharitonov et al. (2021) nanokompozit Cu–Sn–TiO2 bevonatokat szintetizált egy oxálsavfürdőből származó szonokémiai elektródációval, amely további 4 g / dm3 TiO2-t tartalmaz mechanikai és ultrahangos keverés alatt. Az ultrahangkezelést 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 alatt 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 elektródációval alkotott nanokompozit Cu–Sn–TiO2 bevonatok kiváló antimikrobiális tulajdonságokkal rendelkeznek az E. coli baktériumok ellen.

A sono-elektrokémiailag lerakódott Cu–Sn–TiO2 bevonatok SEM-képei 0,5 A/dm2 és 1,0 A/dm2 katódáram-sűrűség mellett.
(tanulmány és képek: © Kharitonov et al., 2021)

Nagy teljesítményű szonoelektrokémiai berendezések

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