ソノ電気化学的堆積
ソノ電気化学堆積は、ナノ材料の高効率で環境に優しい生産のために、ソノケミストリーと電気化学を組み合わせた合成技術です。高速、シンプル、効果的なソノ電気化学的堆積として有名で、ナノ粒子およびナノ複合材料の形状制御された合成を可能にします。
ナノ粒子のソノ電着
ナノ粒子を合成することを目的としたソノ電極(ソノエレトロケミカル堆積、ソノケミカル電気めっき、またはソノケミカル電着)のために、1つまたは2つの超音波プローブ(ソノトロードまたはホーン)が電極として使用されます。ソノ電気化学的堆積の方法は、ナノ粒子およびナノ構造を大量に合成することを可能にする、非常に効率的であるだけでなく、操作が簡単で安全である。さらに、ソノ電気化学的堆積は、反応がより効果的な条件下で実行できるように電気分解プロセスを加速することを意味する、強化されたプロセスです。
サスペンションにパワー超音波を適用すると、巨視的なストリーミングと微視的な界面キャビテーション力による物質移動プロセスが大幅に増加します。超音波電極(ソノ電極)では、超音波振動とキャビテーションが電極表面から反応生成物を連続的に除去します。不動態化堆積物を除去することにより、電極表面は新しい粒子合成に継続的に利用できます。
超音波生成キャビテーションは、液相中に均一に分布している滑らかで均一なナノ粒子の形成を促進する。
電極として機能するプローブ付き2x超音波プロセッサ、すなわちカソードとアノード。超音波振動とキャビテーションは、電気化学プロセスを促進します。
- ナノ粒子
- コアシェルナノ粒子
- ナノ粒子装飾支持体
- ナノ構造
- ナノコンポジット
- コーティング
ナノ粒子のソノ電気化学的堆積
超音波場を液体電解質に印加すると、音響ストリーミングやマイクロジェット、衝撃波、電極からの/への物質移動増強、表面洗浄(不動態化層の除去)などの多様な超音波キャビテーション現象が電着/電気めっきプロセスを促進します。電着/電気めっきに対する超音波処理の有益な効果は、金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、コアシェルナノ粒子およびドープされたナノ粒子を含む多数のナノ粒子について既に実証されている。
Cr、CuおよびFeのようなソノ化学的に電着された金属ナノ粒子は硬度の有意な増加を示すが、Znは増加した耐食性を示す。
Mastai et al. (1999) は、ソノ電気化学的堆積を介してCdSeナノ粒子を合成した。様々な電着および超音波パラメータの調整により、CdSeナノ粒子の結晶サイズを9nm(閃亜鉛鉱相)までのX線アモルファスから変更することができる。
Ashassi-SorkhabiとBagheri(2014)は、電流密度4mA / cm2のガルバノスタティック技術を使用して、シュウ酸媒体中のSt-12鋼上のポリピロール(PPy)のソノ電気化学合成の利点を実証しました。超音波装置UP400Sを使用した低周波超音波の直接適用は、ポリピロールのよりコンパクトで均質な表面構造につながりました。結果は、超音波で調製されたサンプルのコーティング抵抗(Rcoat)、耐食性(Rcorr)、およびWarburg耐性が非超音波合成ポリピロールのそれよりも高いことを示しました。走査型電子顕微鏡の画像は、粒子形態に対する電着中の超音波のプラスの効果を視覚化しました:結果は、ソノ電気化学合成がポリピロールの強く付着し、滑らかなコーティングをもたらすことを明らかにします。ソノ電着の結果を従来の電着と比較すると、ソノ電気化学法によって調製されたコーティングはより高い耐食性を有することが明らかである。電気化学セルの超音波処理は、強化された物質移動および作用電極の表面の活性化をもたらす。これらの効果は、ポリピロールの高効率で高品質の合成に大きく貢献します。
St-12鋼上の(a)PPyおよび(b)ソノ電気化学堆積ポリピロール(PPy-US)コーティングのSEM画像(倍率7500×)
(研究と写真:©アシャシ・ソルカビとバゲリ、2014年)
ソノケミカル電着は、ナノ粒子、コアシェルナノ粒子、ナノ粒子被覆支持体、およびナノ構造材料を製造することを可能にする。
(写真と研究:©イスラムら2019)
ナノコンポジットのソノ電気化学的堆積
超音波と電着の組み合わせは効果的であり、ナノコンポジットの容易な合成を可能にします。
Kharitonovら(2021)は、機械的および超音波攪拌下でさらに4g / dm3 TiO2を含むシュウ酸浴からのソノケミカル電着によってナノコンポジットCu-Sn-TiO2コーティングを合成した。超音波治療は、ヒールシャー超音波処理器UP200Htで26 kHzの周波数と32 W / dm3の電力で行われました。結果は、超音波攪拌がTiO2粒子の凝集を減少させ、高密度Cu-Sn-TiO2ナノコンポジットの堆積を可能にすることを実証した。従来の機械的攪拌と比較すると、超音波処理下で堆積したCu-Sn-TiO2コーティングは、より高い均質性と滑らかな表面によって特徴付けられる。超音波処理されたナノコンポジットでは、TiO2粒子の大部分はCu-Snマトリックスに埋め込まれた。超音波攪拌の導入は、TiO2ナノ粒子の表面分布を改善し、凝集を妨げる。
超音波支援電着によって形成されたナノコンポジットCu-Sn-TiO2コーティングは、大腸菌に対して優れた抗菌特性を示すことが示されています。
0.5 A / dm2および1.0 A / dm2の陰極電流密度でソノ電気化学的に堆積されたCu-Sn-TiO2コーティングのSEM画像。
(研究と写真:©ハリトーノフら、2021年)
超音波プローブは電極として機能します。超音波は、効率の向上、より高い収率、より速い変換率をもたらす電気化学反応を促進します。
ソノ電気化学は電着プロセスを大幅に改善します。
高性能ソノ電気化学装置
ヒールシャー超音波は、ナノ材料の信頼性と効率的なソノ電着/ソノ電気めっきのための高性能超音波装置を供給します。製品範囲には、高出力超音波システム、ソノ電極、リアクター、およびソノ電気化学堆積アプリケーション用のセルが含まれます。
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超音波装置UIP2000hdTのプローブは、ナノ粒子合成のためのソノ電気化学的セットアップにおいて電極として機能する。
文献 / 参考文献
- 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.
