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。

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超音波電着は、ナノ粒子およびナノ構造材料の製造のための非常に効率的な方法です。

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。

このビデオは、電流に対する直接電極超音波のプラスの影響を示しています。これは、電気化学アップグレードとチタン電極/ソノトロードとヒールシャーUP100H(100ワット、30kHz)超音波ホモジナイザーを使用しています。希硫酸を電気分解すると、水素ガスと酸素ガスが発生します。超音波は、電極表面での拡散層の厚さを減少させ、電気分解中の物質移動を改善する。

ソノ電気化学 - バッチ電気分解に対する超音波の影響の図

のソノケミカル電着

  • 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

超音波陰極での水素のソノ電気化学的生産。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鋼に超音波電解ポリピロールコーティング。

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)

ソノ電気化学堆積は、ナノ粒子およびナノ構造材料の合成のための非常に効率的な方法です。

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)

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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。

ソノケミカル電着は、銅 - スズ - 二酸化チタン(Cu-Sn-TiO2)コーティングなどのナノ材料を製造するために使用されます。研究では、ヒールシャー超音波処理器UP200Htが超音波装置として使用されました。

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)

超音波電極は、電気化学的プロセスの効率、収率および変換速度を向上させます。

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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ナノ粒子の電解のための超音波プローブUIP2000hdTを用いたソノ電気化学インライン反応器

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。

このビデオは、H-Cell電解槽のセットアップにおける電流に対する直接電極超音波のプラスの影響を示しています。これは、電気化学アップグレードとチタン電極/ソノトロードとヒールシャーUP100H(100ワット、30kHz)超音波ホモジナイザーを使用しています。希硫酸を電気分解すると、水素ガスと酸素ガスが発生します。超音波は、電極表面での拡散層の厚さを減少させ、電気分解中の物質移動を改善する。

ソノ電気化学 - H細胞電気分解に対する超音波の影響のイラスト



文献 / 参考文献


高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、完全工業用超音波システムにベンチトップユニット上のコンパクトラボ超音波装置から完全なスペクトルをカバーしています。

ヒールシャー超音波は、から高性能超音波ホモジナイザーを製造しています ラボ産業サイズ。