ソノエレクトロケミカルデポジション
ソノエレクトロケミカルデポジション法は、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、高効率で環境に優しいナノマテリアルの製造を実現します。迅速、簡単、効果的なソノエレクトロケミカルデポジションは、ナノ粒子やナノコンポジット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エレクトロデポジション(ソノエレクトロケミカルデポジション、ソノケミカルエレクトロプレーティング、またはソノケミカルエレクトロデポジション)では、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。ソノエレクトロケミカルデポジション法は、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ため、ナノ粒子やナノ構造を大量に合成することができます。さらに、ソノエレクトロケミカルデポジションは強化されたプロセスであり、ソニケーションは電気分解プロセスを加速し、反応をより効果的な条件下で実行できるようにすることを意味します。
懸濁液にパワー超音波を適用すると、巨視的な流れ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により、電極表面から反応生成物が連続的に除去されます。不動態化沈着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可能になります。
超音波生成キャビテーションは、液相中に均一に分布する滑らかで均一なナノ粒子の形成を促進する。
電極、すなわちカソードとアノードとして機能するプローブを備えた2x超音波プロセッサ。超音波振動とキャビテーションは、電気化学的プロセスを促進します。
- ナノ粒子
- コアシェルナノ粒子
- ナノ粒子装飾サポート
- ナノ構造
- ナノコンポジット
- コーティング
ナノ粒子のソノエレクトロケミカルデポジション
液体電解質に超音波場を印加すると、音響ストリーミングやマイクロジェッティング、衝撃波、電極からの物質移動促進、表面洗浄(不動態化層の除去)など、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ナノ粒子を含む多数のナノ粒子についてすでに実証されている。
Cr、Cu、Feなどの音響化学的電着メタリックナノ粒子は硬度の大幅な増加を示し、Znは耐食性の増加を示します。
Mastaiら(1999)は、ソノ電気化学堆積法によりCdSeナノ粒子を合成した。様々な電着パラメータおよび超音波パラメータの調整により、X線アモルファスから最大9nm(スファレライト相)までのCdSeナノ粒子の結晶サイズを変更することができます。
Ashassi-Sorkhabi and Bagheri(2014)は、電流密度が4 mA / 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鋼に対するポリピロール(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より均質な表面構造をもたらした。その結果、超音波調製されたサンプルの耐コーティング性(Rcoat)、耐食性(Rcorr)、および耐ワールブルグ性が、非超音波合成ポリピロールのそれよりも高いことが示されました。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処理のプラスの効果を視覚化しました:結果は、ソノエレクトロケミカル合成がポリピロールの強く付着した滑らかなコーティングをもたらすことを明らかにしています。ソノ電着法と従来の電着法の結果を比較すると、ソノ電気化学法で調製したコーティングは耐食性が高いことが明らかになります。電気化学セルの超音波処理は、物質移動の促進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な合成に大きく貢献します。
St-12鋼上の(a)PPyおよび(b)ソノエレクトロケミック堆積ポリピロール(PPy-US)コーティングのSEM画像(倍率7500×)
(研究と写真:© Ashassi-Sorkhabi and Bagheri、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:©Islam et al. 2019)
ナノ複合材料の音響電気化学的堆積
超音波処理と電着との組み合わせは効果的であり、ナノ複合材料の容易な合成を可能にする。
(2021)は、機械的および超音波攪拌下下で4 g / dm3 TiO2を追加で含有するシュウ酸浴からの音響化学電着により、ナノ複合材料のCu-Sn-TiO2コーティングを合成しました。超音波治療は、ヒールシャー超音波装置を使用して行った UP200Ht、 26kHzの周波数と32 W / dm3の電力。結果は、超音波攪拌がTiO2粒子の凝集を減少させ、緻密なCu - Sn - TiO 2ナノ複合材料の沈着を可能にすることを示した。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-TiO 2コーティングは、より高い均質性とより滑らかな表面を特徴としています。超音波処理されたナノ複合材料では、TiO2粒子の大部分がCu-Snマトリックスに埋め込まれていました。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複合材料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。
陰極電流密度0.5 A/dm2および1.0 A/dm2でのソノ電気化学的に堆積したCu-Sn-TiO2コーティングのSEM画像。
(研究と写真:© Kharitonov et al., 2021)
超音波プローブは電極として機能します。超音波は電気化学反応を促進し、効率の向上、収率の向上、変換率の高速化を実現します。
ソノエレクトロケミストリーは、電着プロセスを大幅に改善します。
高性能超音波電気化学装置
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/ソノエレクトロプレーティングのための高性能超音波装置を提供しています。製品ラインナップには、ソノエレクトロケミカルデポジションアプリケーション用の高出力超音波システム、ソノ電極、リアクター、セルが含まれます。
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超音波装置のプローブ UIP2000hdT ナノ粒子合成のための超音波電気化学的セットアップの電極として機能します。
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.
