Սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցում
Սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցումը սինթեզի մեթոդ է, որը համատեղում է սոնաքիմիան և էլեկտրաքիմիան՝ նանոնյութերի բարձր արդյունավետությամբ և շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ արտադրության նպատակով։ Հայտնի լինելով որպես արագ, պարզ և արդյունավետ մեթոդ՝ սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցումը հնարավորություն է տալիս սինթեզել նանոմասնիկներ և նանոկոմպոզիտներ՝ վերահսկելով դրանց ձևը։
Նանոմասնիկների սոնոէլեկտրանստեցում
Նանոմասնիկների սինթեզի նպատակով սոնոէլեկտրանստեցման համար (նաև՝ սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցում, սոնաքիմիական էլեկտրապատում կամ սոնաքիմիական էլեկտրանստեցում) որպես էլեկտրոդ օգտագործվում են մեկ կամ երկու ուլտրաձայնային զոնդեր (սոնոտրոդներ կամ շեփորաձև փոխակերպիչներ)։ Սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցման մեթոդը բարձր արդյունավետություն ունի, ինչպես նաև պարզ և անվտանգ է կիրառման մեջ, ինչը թույլ է տալիս մեծ քանակությամբ նանոմասնիկներ և նանոկառուցվածքներ սինթեզել։ Բացի այդ, սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցումն ինտենսիվացված գործընթաց է. սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային մշակումը արագացնում է էլեկտրոլիզի գործընթացը՝ թույլ տալով ռեակցիան իրականացնել ավելի արդյունավետ պայմաններում։
Սուսպենզիաների նկատմամբ բարձր հզորության ուլտրաձայնի կիրառումը զգալիորեն ուժեղացնում է զանգվածափոխանակության գործընթացները՝ մակրոսկոպիկ հոսքերի և միջֆազային սահմանին գործող միկրոսկոպիկ կավիտացիոն ուժերի շնորհիվ։ Ուլտրաձայնային էլեկտրոդների (սոնոէլեկտրոդների) վրա ուլտրաձայնային տատանումներն ու կավիտացիան անընդհատ հեռացնում են ռեակցիայի արգասիքները էլեկտրոդի մակերևույթից։ Պասիվացնող բոլոր նստվածքների հեռացման շնորհիվ էլեկտրոդի մակերևույթը մշտապես հասանելի է նոր մասնիկների սինթեզի համար։
Ուլտրաձայնով առաջացած կավիտացիան նպաստում է հարթ և միատեսակ նանոմասնիկների առաջացմանը, որոնք համասեռ բաշխվում են հեղուկ ֆազում։
2x ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ զոնդերով, որոնք գործում են որպես էլեկտրոդներ, այսինքն՝ կաթոդ և անոդ։ Ուլտրաձայնային տատանումներն ու կավիտացիան նպաստում են էլեկտրաքիմիական գործընթացներին։
- Նանոմասնիկներ
- Միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով նանոմասնիկներ
- Նանոմասնիկներով զարդարված կրիչ
- Նանոկառուցվածքներ
- Նանոկոմպոզիտներ
- Ծածկույթներ
Նանոմասնիկների սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցում
Երբ հեղուկ էլեկտրոլիտի նկատմամբ կիրառվում է ուլտրաձայնային դաշտ, ուլտրաձայնային կավիտացիայի բազմազան երևույթները, ինչպիսիք են ակուստիկ հոսքերը և միկրոշիթերի առաջացումը, հարվածային ալիքները, էլեկտրոդից և դեպի էլեկտրոդ զանգվածափոխանակության ուժեղացումն ու մակերևույթի մաքրումը (պասիվացնող շերտերի հեռացումը), նպաստում են էլեկտրանստեցման / էլեկտրապատման գործընթացներին։ Ուլտրաձայնային մշակման բարենպաստ ազդեցությունն էլեկտրանստեցման / էլեկտրապատման վրա արդեն ցուցադրվել է բազմաթիվ նանոմասնիկների համար, ներառյալ մետաղական նանոմասնիկները, կիսահաղորդչային նանոմասնիկը, միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով նանոմասնիկները և լեգիրված նանոմասնիկները։
Սոնաքիմիական եղանակով էլեկտրանստեցված մետաղական նանոմասնիկները, ինչպիսիք են Cr, Cu և Fe նանոմասնիկները, ցուցաբերում են կարծրության զգալի աճ, մինչդեռ Zn նանոմասնիկները ցուցաբերում են կոռոզիոն դիմադրության բարձրացում։
Mastai-ը և համահեղինակները (1999) սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցման միջոցով սինթեզել են CdSe նանոմասնիկներ։ Էլեկտրանստեցման և ուլտրաձայնային տարբեր պարամետրերի կարգավորումները թույլ են տալիս փոփոխել CdSe նանոմասնիկների բյուրեղների չափը՝ ռենտգենաամորֆ վիճակից մինչև 9 nm (սֆալերիտային ֆազ)։
Ashassi-Sorkhabi-ն և Bagheri-ն (2014) ցուցադրել են St-12 պողպատի վրա թրթնջկաթթվի միջավայրում պոլիպիրոլի (PPy) սոնոէլեկտրաքիմիական սինթեզի առավելությունները՝ կիրառելով գալվանաստատիկ մեթոդ՝ 4 mA/cm2 հոսանքի խտությամբ։ UP400S ուլտրաձայնային սարքով ցածր հաճախականության ուլտրաձայնի անմիջական կիրառումը հանգեցրել է պոլիպիրոլի ավելի խիտ և ավելի համասեռ մակերևութային կառուցվածքների առաջացմանը։ Արդյունքները ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնով պատրաստված նմուշների ծածկույթի դիմադրությունը (Rcoat), կոռոզիոն դիմադրությունը (Rcorr) և Վարբուրգի դիմադրությունն ավելի բարձր էին, քան առանց ուլտրաձայնի սինթեզված պոլիպիրոլինը։ Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակման պատկերները տեսանելի են դարձրել էլեկտրանստեցման ընթացքում ուլտրաձայնային մշակման դրական ազդեցությունը մասնիկների մորֆոլոգիայի վրա. արդյունքները ցույց են տալիս, որ սոնոէլեկտրաքիմիական սինթեզի արդյունքում ստացվում են պոլիպիրոլի ամուր կպչող և հարթ ծածկույթներ։ Սոնոէլեկտրանստեցման արդյունքները սովորական էլեկտրանստեցման արդյունքների հետ համեմատելիս պարզ է դառնում, որ սոնոէլեկտրաքիմիական մեթոդով պատրաստված ծածկույթներն ունեն ավելի բարձր կոռոզիոն դիմադրություն։ Էլեկտրաքիմիական բջջի ուլտրաձայնային մշակումը հանգեցնում է զանգվածափոխանակության ուժեղացմանը և աշխատանքային էլեկտրոդի մակերևույթի ակտիվացմանը։ Այս ազդեցությունները զգալիորեն նպաստում են պոլիպիրոլի բարձր արդյունավետությամբ և բարձրորակ սինթեզին։
St-12 պողպատի վրա (a) PPy և (b) սոնոէլեկտրաքիմիական եղանակով նստեցված պոլիպիրոլի (PPy-US) ծածկույթների սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակման (SEM) պատկերներ (7500× խոշորացմամբ)
(հետազոտություն և նկարներ՝ © Ashassi-Sorkhabi և Bagheri, 2014)
Սոնաքիմիական էլեկտրանստեցումը թույլ է տալիս արտադրել նանոմասնիկներ, միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով նանոմասնիկներ, նանոմասնիկներով պատված կրիչ և նանոկառուցվածքային նյութեր։
(նկար և հետազոտություն՝ ©Islam և համահեղինակներ, 2019)
Նանոկոմպոզիտների սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցում
Ուլտրաձայնային մշակման համակցումն էլեկտրանստեցման հետ արդյունավետ է և թույլ է տալիս հեշտությամբ սինթեզել նանոկոմպոզիտներ։
Kharitonov-ը և համահեղինակները (2021) սոնաքիմիական էլեկտրանստեցմամբ սինթեզել են նանոկոմպոզիտային Cu–Sn–TiO2 ծածկույթներ՝ մեխանիկական և ուլտրաձայնային խառնման պայմաններում օգտագործելով թրթնջկաթթվային բաղնիք, որը լրացուցիչ պարունակել է 4 g/dm3 TiO2։ Ուլտրաձայնային մշակումն իրականացվել է Hielscher արտադրության UP200Ht ուլտրաձայնային սարքով՝ 26 kHz հաճախականությամբ և 32 W/dm3 հզորությամբ։ Արդյունքները ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային խառնումը նվազեցնում է TiO2 մասնիկների ագլոմերացումը և թույլ է տալիս նստեցնել խիտ Cu–Sn–TiO2 նանոկոմպոզիտներ։ Սովորական մեխանիկական խառնման համեմատ՝ ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում նստեցված Cu–Sn–TiO2 ծածկույթները բնութագրվում են ավելի բարձր համասեռությամբ և ավելի հարթ մակերևույթով։ Ուլտրաձայնով մշակված նանոկոմպոզիտներում TiO2 մասնիկների մեծ մասը ներդրված էր Cu–Sn մատրիցում։ Ուլտրաձայնային խառնման կիրառումը բարելավում է TiO2 նանոմասնիկների բաշխումը մակերևույթին և խոչընդոտում է ագրեգացմանը։
Ցույց է տրվել, որ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էլեկտրանստեցմամբ ձևավորված նանոկոմպոզիտային Cu–Sn–TiO2 ծածկույթները ցուցաբերում են գերազանց հակամանրէային հատկություններ E. coli բակտերիաների նկատմամբ։
0,5 A/dm2 և 1,0 A/dm2 կաթոդային հոսանքի խտության պայմաններում սոնոէլեկտրաքիմիական եղանակով նստեցված Cu–Sn–TiO2 ծածկույթների սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակման (SEM) պատկերներ։
(հետազոտություն և նկարներ՝ © Kharitonov և համահեղինակներ, 2021)
Բարձր արդյունավետությամբ սոնոէլեկտրաքիմիական սարքավորումներ
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը մատակարարում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ նանոնյութերի հուսալի և արդյունավետ սոնոէլեկտրանստեցման / սոնոէլեկտրապատման համար։ Արտադրատեսականին ներառում է բարձր հզորության ուլտրաձայնային համակարգեր, սոնոէլեկտրոդներ, ռեակտորներ և բջիջներ՝ սոնոէլեկտրաքիմիական նստեցման ձեր կիրառության համար։
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Գրականություն / Հղումներ
- Dmitry S. Kharitonov, Aliaksandr A. Kasach, Denis S. Sergievich, Angelika Wrzesińska, Izabela Bobowska, Kazimierz Darowicki, Artur Zielinski, Jacek Ryl, Irina I. Kurilo (2021): Ultrasonic-assisted electrodeposition of Cu-Sn-TiO2 nanocomposite coatings with enhanced antibacterial activity. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 75, 2021.
- Ashassi-Sorkhabi, Habib; Bagheri, Robabeh (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology 2014.
- Hyde, Michael; Compton, Richard (2002): How ultrasound influence the electrodeposition of metals. Journal of Electroanalytical Chemistry 531, 2002. 19-24.
- Mastai, Y., Polsky, R., Koltypin, Y., Gedanken, A., & Hodes, G. (1999): Pulsed Sonoelectrochemical Synthesis of Cadmium Selenide Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, 121(43), 1999. 10047–10052.
- Josiel Martins Costa, Ambrósio Florêncio de Almeida Neto (2020): Ultrasound-assisted electrodeposition and synthesis of alloys and composite materials: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 68, 2020.
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ սկսած լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։