სონოელექტროქიმიური დეპონირება
სონოელექტროქიმიური დეპონირება არის სინთეზის ტექნიკა, რომელიც აერთიანებს სონოქიმიას და ელექტროქიმიას, ნანომასალების მაღალეფექტური და ეკოლოგიურად სუფთა წარმოებისთვის. ცნობილი, როგორც სწრაფი, მარტივი და ეფექტური, სონოელექტროქიმიური დეპონირება იძლევა ნანონაწილაკებისა და ნანოკომპოზიტების ფორმის კონტროლირებადი სინთეზის საშუალებას.
ნანონაწილაკების სონო-ელექტროდეპოზიცია
სონოელექტროდეპოზიციისთვის (ასევე სონოელექტროქიმიური დეპონირება, სონოქიმიური ელექტროპლატირება ან სონოქიმიური ელექტროდეპოზიცია) ნანონაწილაკების სინთეზის მიზნით, ელექტროდებად გამოიყენება ერთი ან ორი ულტრაბგერითი ზონდი (სონოტროდები ან რქები). სონოელექტროქიმიური დეპონირების მეთოდი არის უაღრესად ეფექტური, ასევე მარტივი და უსაფრთხო სამოქმედო, რაც იძლევა ნანონაწილაკებისა და ნანოსტრუქტურების დიდი რაოდენობით სინთეზის საშუალებას. გარდა ამისა, სონოელექტროქიმიური დეპონირება არის გაძლიერებული პროცესი, რაც იმას ნიშნავს, რომ სონიკა აჩქარებს ელექტროლიზის პროცესს ისე, რომ რეაქცია შეიძლება წარიმართოს უფრო ეფექტურ პირობებში.
დენის ულტრაბგერის გამოყენება სუსპენზიებზე მნიშვნელოვნად ზრდის მასის გადაცემის პროცესებს მაკროსკოპული ნაკადის და მიკროსკოპული ინტერფეისური კავიტაციური ძალების გამო. ულტრაბგერითი ელექტროდებზე (სონო-ელექტროდები), ულტრაბგერითი ვიბრაცია და კავიტაცია მუდმივად აშორებს რეაქციის პროდუქტებს ელექტროდის ზედაპირიდან. ნებისმიერი პასიური დეპონირების მოხსნით, ელექტროდის ზედაპირი მუდმივად ხელმისაწვდომია ახალი ნაწილაკების სინთეზისთვის.
ულტრაბგერითი წარმოქმნილი კავიტაცია ხელს უწყობს გლუვი და ერთგვაროვანი ნანონაწილაკების წარმოქმნას, რომლებიც ერთგვაროვნად ნაწილდება თხევად ფაზაში.
2x ულტრაბგერითი პროცესორი ზონდებით, რომელიც მოქმედებს როგორც ელექტროდი, ანუ კათოდი და ანოდი. ულტრაბგერითი ვიბრაცია და კავიტაცია ხელს უწყობს ელექტროქიმიურ პროცესებს.
- ნანონაწილაკები
- ბირთვი-გარსის ნანონაწილაკები
- ნანონაწილაკებით მორთული საყრდენი
- ნანოსტრუქტურები
- ნანოკომპოზიტები
- საფარები
ნანონაწილაკების სონოელექტროქიმიური დეპონირება
როდესაც ულტრაბგერითი ველი გამოიყენება თხევად ელექტროლიტზე, სხვადასხვა ულტრაბგერითი კავიტაციის ფენომენი, როგორიცაა აკუსტიკური ნაკადი და მიკრო-გაჟონვა, დარტყმითი ტალღები, მასის გადაცემის გაუმჯობესება ელექტროდიდან/ში და ზედაპირის გაწმენდა (პასივაციური ფენების მოცილება) ხელს უწყობს ელექტროდეპონირების/გადახურვის პროცესებს. . ელექტროდეპონირებაზე/ელექტროპლატაციაზე გაჟონვის სასარგებლო ეფექტები უკვე ნაჩვენებია მრავალ ნანონაწილაკზე, მათ შორის მეტალის ნანონაწილაკებზე, ნახევარგამტარულ ნანონაწილაკებზე, ბირთვის გარსის ნანონაწილაკებზე და დოპირებული ნანონაწილაკებზე.
სონოქიმიურად ელექტროდეპონირებული მეტალის ნანონაწილაკები, როგორიცაა Cr, Cu და Fe, აჩვენებენ სიხისტის მნიშვნელოვან ზრდას, ხოლო Zn აჩვენებს გაზრდილ კოროზიის წინააღმდეგობას.
მასტაი და სხვ. (1999) სინთეზირებულია CdSe ნანონაწილაკები სონოელექტროქიმიური დეპონირების მეშვეობით. სხვადასხვა ელექტროდეპოზიციის და ულტრაბგერითი პარამეტრების კორექტირება საშუალებას იძლევა შეცვალოს CdSe ნანონაწილაკების კრისტალური ზომა რენტგენის ამორფულიდან 9 ნმ-მდე (სფალერიტის ფაზა).
აშასი-სორხაბიმ და ბაგერიმ (2014) აჩვენეს პოლიპიროლის (PPy) სონო-ელექტროქიმიური სინთეზის უპირატესობები St-12 ფოლადზე ოქსილის მჟავას გარემოში გალვანოსტატიკური ტექნიკის გამოყენებით დენის სიმკვრივით 4 mA/cm2. დაბალი სიხშირის ულტრაბგერის პირდაპირ გამოყენებამ ულტრაბგერითი UP400S-ის გამოყენებით გამოიწვია პოლიპიროლის უფრო კომპაქტური და უფრო ერთგვაროვანი ზედაპირის სტრუქტურები. შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი მომზადებული ნიმუშების საფარის წინააღმდეგობა (Rcoat), კოროზიის წინააღმდეგობა (Rcorr) და ვარბურგის წინააღმდეგობა უფრო მაღალი იყო, ვიდრე არაულტრაბგერითი სინთეზირებული პოლიპიროლის. სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის გამოსახულებები ვიზუალურად ასახავს ულტრაბგერითი დამუშავების პოზიტიურ ეფექტს ელექტროდეპოზიციის დროს ნაწილაკების მორფოლოგიაზე: შედეგები ცხადყოფს, რომ სონოელექტროქიმიური სინთეზი იძლევა პოლიპიროლის ძლიერად მიმაგრებულ და გლუვ საფარებს. სონო-ელექტრო დეპონირების შედეგების ჩვეულებრივ ელექტროდეპოზიციასთან შედარებისას ცხადია, რომ სონოელექტროქიმიური მეთოდით მომზადებულ საფარებს უფრო მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა აქვთ. ელექტროქიმიური უჯრედის გახმოვანება იწვევს მასის გაძლიერებულ გადაცემას და სამუშაო ელექტროდის ზედაპირის გააქტიურებას. ეს ეფექტები მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს პოლიპიროლის მაღალეფექტურ, მაღალი ხარისხის სინთეზს.
(ა) PPy და (ბ) სონოელექტროქიმიური დეპონირებული პოლიპიროლის (PPy-US) საფარების SEM სურათები St-12 ფოლადზე (გადიდება 7500×)
(შესწავლა და სურათები: © აშასი-სორხაბი და ბაგერი, 2014)
სონოქიმიური ელექტროდეპოზიცია იძლევა ნანონაწილაკების, ბირთვის გარსის ნანონაწილაკების, ნანონაწილაკებით დაფარული საყრდენის და ნანოსტრუქტურული მასალების წარმოების საშუალებას.
(სურათი და შესწავლა: ©Islam et al. 2019)
ნანოკომპოზიტების სონოელექტროქიმიური დეპონირება
ულტრაბგერითი დალაგების კომბინაცია ელექტროდეპოზიციასთან ეფექტურია და იძლევა ნანოკომპოზიტების ადვილად სინთეზის საშუალებას.
ხარიტონოვი და სხვ. (2021) სინთეზირებულია ნანოკომპოზიტური Cu-Sn-TiO2 საფარები სონოქიმიური ელექტროდეპოზიციით ოქსილის მჟავას აბანოდან, რომელიც დამატებით შეიცავს 4 გ/დმ3 TiO2 მექანიკური და ულტრაბგერითი აგიტაციით. ულტრაბგერითი მკურნალობა ჩატარდა Hielscher ულტრაბგერითი UP200Ht 26 kHz სიხშირით და 32 W/dm3 სიმძლავრით. შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი აგიტაცია ამცირებს TiO2 ნაწილაკების აგლომერაციას და იძლევა მკვრივი Cu-Sn-TiO2 ნანოკომპოზიტების დეპონირების საშუალებას. ჩვეულებრივ მექანიკურ აჟიტაციასთან შედარებით, სონიკაციის დროს დეპონირებული Cu-Sn-TiO2 საფარები ხასიათდება უფრო მაღალი ჰომოგენურობით და გლუვი ზედაპირით. გაჟღენთილ ნანოკომპოზიტებში TiO2 ნაწილაკების უმეტესობა ჩაშენებული იყო Cu-Sn მატრიცაში. ულტრაბგერითი აგიტაციის დანერგვა აუმჯობესებს TiO2 ნანონაწილაკების ზედაპირულ განაწილებას და აფერხებს აგრეგაციას.
ნაჩვენებია, რომ ნანოკომპოზიტური Cu–Sn–TiO2 საფარები, რომლებიც წარმოიქმნება ულტრაბგერითი დახმარებით ელექტროდეპოზიციით, ავლენს შესანიშნავ ანტიმიკრობულ თვისებებს E. coli ბაქტერიების წინააღმდეგ.
SEM სურათები სონო-ელექტროქიმიურად დეპონირებული Cu-Sn-TiO2 საფარების კათოდური დენის სიმკვრივით 0.5 A/dm2 და 1.0 A/dm2.
(შესწავლა და სურათები: © ხარიტონოვი და სხვ., 2021)
ულტრაბგერითი ზონდი მოქმედებს როგორც ელექტროდი. ულტრაბგერითი ტალღები ხელს უწყობს ელექტროქიმიურ რეაქციებს, რაც იწვევს გაუმჯობესებულ ეფექტურობას, მაღალ მოსავლიანობას და უფრო სწრაფ კონვერტაციის სიჩქარეს.
სონოელექტროქიმია მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ელექტროდეპოზიციის პროცესებს.
მაღალი ხარისხის Sonoelectrochemical აღჭურვილობა
Hielscher Ultrasonics აწვდის მაღალი ხარისხის ულტრაბგერით აღჭურვილობას ნანომასალების საიმედო და ეფექტური სონო-ელექტროდეპოზიციისთვის/სონოელექტროპლატაციისთვის. პროდუქციის ასორტიმენტი მოიცავს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემებს, სონო-ელექტროდებს, რეაქტორებს და უჯრედებს თქვენი სონო-ელექტროქიმიური დეპონირების გამოყენებისთვის.
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ულტრაბგერითი UIP2000hdT ზონდი მოქმედებს როგორც ელექტროდი სონოელექტროქიმიურ კონფიგურაციაში ნანონაწილაკების სინთეზისთვის.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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 აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.