나노입자의 초음파 전기화학적 합성
초음파로 촉진하는 나노입자의 전기화학적 합성은 고품질 나노입자를 대규모로 생산하는 데 매우 효과적이고 비용 효율적인 방법입니다. 초음파 전착이라고도 하는 초음파 전기화학적 합성을 통해 다양한 재료와 형상의 나노구조를 제조할 수 있습니다.
나노입자의 초음파 전기화학적 합성 및 초음파 전착
초음파 전기화학적 합성 또는 초음파 전착은 전착 공정 중 고출력 초음파를 가하여 음극 표면과 주변 용액에서 성장하는 나노입자의 물질 전달을 촉진함으로써 금속 나노입자를 생산하는 기술입니다.
나노입자의 초음파 전기화학적 합성 또는 초음파 전착에서는 초음파화학의 효과를 전착 공정과 결합합니다. 강력한 초음파와 그로 인해 발생하는 음향 캐비테이션이 화학 반응에 미치는 초음파 전기화학적 효과는 붕괴하는 캐비테이션 기포의 내부와 주변에서 발생하는 매우 높은 온도와 압력, 그리고 각각의 온도차와 압력차에 의해 나타납니다. 초음파화학과 전기화학을 결합한 초음파 전기화학은 물질 전달 개선, 전극 표면 세정, 용액 탈기, 반응 속도 증가 등의 복합적인 효과를 제공합니다. 이러한 효과가 함께 작용하므로 초음파 전기화학적 나노입자 합성(초음파 전착)은 온화한 조건에서 신속하고 비용 효율적인 공정을 통해 고품질 나노입자를 높은 수율로 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 초음파 전기화학 및 초음파 전착의 공정 매개변수를 통해 입자의 크기와 형태에 영향을 줄 수 있습니다.
나노입자 및 나노구조 재료의 초음파 전기화학적 전착에 대해 자세히 알아보세요!
초음파 전해채취가 어떻게 수율을 높이고 공정 비용을 낮추는지 알아보세요!
나노입자 합성(초음파 전착)을 위한 초음파 전기화학 전극
- 매우 효과적
- 다양한 재료와 구조에 적용 가능
- 신속한 공정
- “하나의 용기” 공정
- 온화한 조건
- 저렴한 비용
- 안전하고 간편한 조작
초음파 전기화학적 합성 / 초음파 전착은 어떻게 작동하나요?
초음파 전기화학적 나노입자 합성을 위한 초음파 전착 시스템의 기본 구성은 매우 간단합니다. 초음파 전착 장치와 전착 장치의 유일한 차이점은 초음파 전착 시스템의 전극으로 초음파 프로브를 사용한다는 것입니다. 초음파 프로브는 금속 나노입자를 합성하는 작업 전극으로 기능합니다. 초음파 전착에서 초음파의 주요 구동 효과 중 하나는 전극(음극 및/또는 양극)과 주변 용액 사이의 물질 전달 증가입니다.
초음파 전기화학적 합성 및 초음파 전착의 공정 매개변수를 정밀하게 제어하고 조정할 수 있으므로 크기와 형상이 제어된 나노입자를 합성할 수 있습니다. 초음파 전기화학적 합성과 초음파 전착은 광범위한 금속 나노입자 및 나노구조 복합체에 적용할 수 있습니다.
초음파 전기화학적 나노입자 합성의 장점
Islam 교수와 Pollet 교수가 이끄는 NTNU 연구팀은 연구 논문(2019)에서 초음파 전기화학적 나노입자 생산의 주요 장점을 다음과 같이 요약합니다. “(i) 전극 근처의 물질 전달이 크게 향상되어 전기화학 반응의 속도가 변하고 때로는 반응 메커니즘도 변하며, (ii) 전극–전해질 계면의 캐비테이션 제트에 의해 표면 형태가 변하여 일반적으로 표면적이 증가하고, (iii) 전극 확산층의 두께가 얇아져 이온 고갈이 발생한다.” (Islam et al. 2019)
- 금속 나노입자
- 합금 및 반도체 나노분말
- 고분자 나노입자
- 나노복합재
예를 들면
- 구리(Cu) 나노입자(NPs)
- 자철석(Fe3O4) 나노입자(NPs)
- 텅스텐–코발트(W-Co) 합금 나노입자(NPs)
- 아연(Zn) 나노복합체
- 금(Au) 나노로드
- 강자성 Fe45Pt55 나노입자(NPs)
- 텔루르화 카드뮴(CdTe) 양자점(QDs)
- 텔루르화 납(PbTe) 나노로드
- 풀러렌 유사 이황화 몰리브덴(MoS2)
- 폴리아닐린(PA) 나노입자
- 폴리(N-메틸아닐린)(PNMA) 전도성 고분자
- 폴리피롤/다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)/키토산 나노복합재
고성능 전기화학 프로브 및 반응기
Hielscher Ultrasonics는 초음파화학 및 초음파 전기화학용 고성능 초음파 시스템 분야에서 오랜 경험을 갖춘 파트너입니다. 당사는 까다로운 환경의 고부하 응용 분야에 전 세계적으로 사용되는 최첨단 초음파 프로브와 반응기를 제조하고 공급합니다. Hielscher는 초음파 전기화학 및 초음파 전착을 위한 특수 초음파 프로브, 반응기 및 절연체를 개발했습니다. 초음파 프로브는 음극 및/또는 양극으로 작동하며, 초음파 반응기 셀은 전기화학 반응을 위한 최적의 조건을 제공합니다. 초음파 전극과 셀은 갈바니 / 볼타 시스템과 전해 시스템 모두에 사용할 수 있습니다.
최적의 결과를 위해 정밀하게 제어할 수 있는 진폭
모든 Hielscher 초음파 프로세서는 정밀하게 제어할 수 있어 연구개발 및 생산에서 신뢰할 수 있는 핵심 장비로 활약합니다. 진폭은 초음파화학적 및 초음파기계적으로 유도되는 반응의 효율과 효과에 영향을 주는 중요한 공정 매개변수 중 하나입니다. Hielscher Ultrasonics의 모든 프로세서는 진폭을 정밀하게 설정할 수 있습니다. Hielscher의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공하고 까다로운 초음파 전기화학 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 전달할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전을 손쉽게 수행할 수 있습니다.
정밀한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 상시 모니터링으로 초음파 전기화학 반응에 정밀하게 영향을 줄 수 있습니다. 초음파 처리를 실행할 때마다 모든 초음파 매개변수가 내장 SD 카드에 자동으로 기록되므로 각 실행을 평가하고 제어할 수 있습니다. 가장 효율적인 초음파 전기화학 반응을 위한 최적의 초음파 처리!
모든 장비는 전부하에서 24/7/365 사용할 수 있도록 제작되었으며, 견고함과 신뢰성을 바탕으로 전기화학 공정의 핵심 장비로 활약합니다. 따라서 Hielscher의 초음파 장비는 초음파 전기화학 공정의 요구 사항을 충족하는 신뢰할 수 있는 작업 도구입니다.
최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조
가족 소유 및 가족 경영 기업인 Hielscher는 초음파 프로세서에 최고 수준의 품질 기준을 우선적으로 적용합니다. 모든 초음파 장치는 독일 베를린 인근 텔토에 있는 당사 본사에서 설계, 제조 및 철저한 테스트를 거칩니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함과 신뢰성은 생산 현장에서 핵심 장비로 활약하는 바탕이 됩니다. 전부하 및 까다로운 환경에서의 24/7 운전은 Hielscher 고성능 초음파 프로브와 반응기의 기본적인 특성입니다.
지금 문의하여 전기화학 공정의 요구 사항을 알려주세요! 가장 적합한 초음파 전극과 반응기 구성을 추천해 드리겠습니다!
연락하세요! / 문의하세요!
초음파 프로세서 UIP2000hdT (2000 와트, 20kHz)의 프로브는 나노입자의 초음파 전착을 위한 전극으로 작동합니다
초음파 장치 UIP2000hdT의 프로브는 나노입자 합성을 위한 초음파 전기화학 장치에서 전극으로 작동합니다.
문헌 / 참고문헌
- Cabrera L., Gutiérrez S., Herrasti P., Reyman D. (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia 3, 2010. 89-94.
- Md Hujjatul Islam, Michael T.Y. Paul, Odne S. Burheim, Bruno G.Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Volume 59, December 2019, 104711.
- Yurdal K.; Karahan İ.H. (2017): A Cyclic Voltammetry Study on Electrodeposition of Cu-Zn Alloy Films: Effect of Ultrasonication Time. Acta Physica Polonica Vol 132, 2017. 1087-1090.
- Mason, T.; Sáez Bernal, V. (2012): An Introduction to Sonoelectrochemistry In: Power Ultrasound in Electrochemistry: From Versatile Laboratory Tool to Engineering Solution. First Edition. Edited by Bruno G. Pollet. 2012 John Wiley & Sons, Ltd.
- Haas, I.: Gedanken A. (2008): Synthesis of metallic magnesium nanoparticles by sonoelectrochemistry. Chemical Communications 15(15), 2008. 1795-1798.
- Ashassi-Sorkhabi, H.; Bagheri R. (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology Vol. 33, Issue 3; 2014.
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
- Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
- Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
고성능 초음파 기술! Hielscher의 제품군은 소형 실험실용 초음파 장치부터 탁상형 장치, 본격적인 산업용 초음파 시스템까지 전체 범위를 아우릅니다.