소노전기화학적 증착

Sonoelectrochemical 증착은 초음파 화학과 전기 화학을 결합하여 매우 효율적이고 환경 친화적 인 나노 물질 생산을 제공하는 합성 기술입니다. 빠르고 간단하며 효과적인 것으로 유명한 초음파 화학 증착은 나노 입자 및 나노 복합체의 모양 제어 합성을 허용합니다.

나노 입자의 소노 전착

나노 입자를 합성하기위한 목적으로 초음파 전착 (또한 초음파 화학 증착, 초음파 화학 전기 도금 또는 초음파 화학 전착)의 경우, 하나 또는 두 개의 초음파 프로브 (sonotrodes 또는 horns)가 전극으로 사용됩니다. 초음파 화학 증착 방법은 매우 효율적일 뿐만 아니라 작동이 간단하고 안전하여 나노입자와 나노 구조를 대량으로 합성할 수 있습니다. 또한, 초음파 화학 증착은 강화 된 공정이며, 이는 초음파 처리가 전기 분해 공정을 가속화하여 반응이보다 효과적인 조건에서 실행될 수 있음을 의미합니다.
서스펜션에 파워 초음파를 적용하면 거시적 스트리밍과 미세한 계면 캐비테이션 힘으로 인해 질량 전달 프로세스가 크게 증가합니다. 초음파 전극 (소노 전극)에서 초음파 진동 및 캐비테이션은 전극 표면에서 반응 생성물을 지속적으로 제거합니다. 임의의 부동태화 증착을 제거함으로써, 전극 표면은 새로운 입자 합성을 위해 연속적으로 이용 가능하다.
초음파 생성 캐비테이션은 액상에 균일하게 분포 된 부드럽고 균일 한 나노 입자의 형성을 촉진합니다.

나노 입자의 소노 전기 화학적 증착

초음파 필드가 액체 전해질에 적용될 때, 음향 스트리밍 및 마이크로 제트, 충격파, 전극으로부터의 /로의 질량 전달 향상 및 표면 세척 (부동 태화 층 제거)과 같은 다양한 초음파 캐비테이션 현상은 전착 / 전기 도금 공정을 촉진합니다. 전착 / 전기 도금에 대한 초음파 처리의 유익한 효과는 이미 금속 나노 입자, 반도체 나노 입자, 코어 쉘 나노 입자 및 도핑 된 나노 입자를 포함한 수많은 나노 입자에 대해 입증되었습니다.
Cr, Cu 및 Fe와 같은 Sonochemically 전착 된 금속 나노 입자는 경도가 크게 증가하는 반면 Zn은 증가 된 내식성을 보여줍니다.
Mastai et al. (1999)는 초음파 화학 증착을 통해 CdSe 나노 입자를 합성했다. 다양한 전착 및 초음파 매개 변수를 조정하면 CdSe 나노 입자의 결정 크기를 X 선 비정질에서 최대 9nm (sphalerite phase)까지 수정할 수 있습니다.

Ashassi-Sorkhabi and Bagheri (2014)는 전류 밀도가 12mA / cm 인 갈바 노 정적 기술을 사용하여 옥살산 매질에서 St-4 강철에 폴리 피롤 (PPy)의 소노 전기 화학 합성의 이점을 입증했습니다.2. 초음파 처리기 UP400S를 사용하여 저주파 초음파를 직접 적용하면 폴리피롤의 더 작고 균일한 표면 구조가 생성되었습니다. 결과는 초음파 제조 샘플의 코팅 저항 (Rcoat), 내식성 (Rcorr) 및 Warburg 저항이 비 초음파 합성 폴리 피롤보다 높다는 것을 보여주었습니다. 주사 전자 현미경의 이미지는 입자 형태에 대한 전착 동안 초음파의 긍정적 인 효과를 시각화했습니다. 결과는 초음파 화학 합성이 폴리 피롤의 강하게 접착되고 매끄러운 코팅을 산출한다는 것을 보여줍니다. 소노 - 전기 증착의 결과를 종래의 전착과 비교하면, 소노 전기 화학 방법으로 제조 된 코팅이 더 높은 내식성을 갖는다는 것이 분명하다. 전기 화학 전지의 초음파 처리는 향상된 질량 전달과 작업 전극 표면의 활성화를 초래합니다. 이러한 효과는 폴리피롤의 고효율, 고품질 합성에 크게 기여합니다.

St-12 강철에 (a) PPy 및 (b) 초음파 화학 증착 폴리 피롤 (PPy-US) 코팅의 SEM 이미지 (배율 7500×)
(연구 및 사진: © 아샤시-소르카비와 바게리, 2014)

나노 복합체의 소노 전기 화학적 증착

초음파와 전착의 조합은 효과적이며 나노 복합체의 쉬운 합성을 허용합니다.
Kharitonov 외(2021)는 나노 복합체 Cu-Sn-TiO2 옥살산 욕에서 초음파 전착에 의한 코팅을 합성했습니다.3 TiO2 기계적 및 초음파 교반 하에서. 초음파 처리는 Hielscher 초음파 처리기 UP200Ht로 26kHz 주파수 및 32W/dm3 전력으로 수행되었습니다. 결과는 초음파 교반이 TiO2 입자의 응집을 감소시키고 조밀 한 Cu-Sn-TiO2 나노 복합체의 증착을 허용한다는 것을 입증했다. 기존의 기계적 교반과 비교할 때, 초음파 처리 하에 증착된 Cu-Sn-TiO2 코팅은 더 높은 균질성과 더 매끄러운 표면을 특징으로 합니다. 초음파 처리 된 나노 복합체에서 대부분의 TiO2 입자는 Cu-Sn 매트릭스에 내장되었습니다. 초음파 교반의 도입은 TiO2 나노 입자의 표면 분포를 개선하고 응집을 방해합니다.
초음파 보조 전착에 의해 형성된 나노 복합체 Cu-Sn-TiO2 코팅은 대장균 박테리아에 대해 우수한 항균 특성을 나타내는 것으로 나타났습니다.

0.5A/dm2 및 1.0A/dm2의 음극 전류 밀도에서 소노 전기화학적으로 증착된 Cu–Sn–TiO2 코팅의 SEM 이미지.
(연구 및 사진: © 카리토노프 외, 2021)

고성능 소노전기화학 장비

Hielscher 초음파는 나노 물질의 안정적이고 효율적인 소노 전착/초음파 도금을 위한 고성능 초음파 장비를 공급합니다. 제품 범위에는 고출력 초음파 시스템, 소노 전극, 반응기 및 소노 전기 화학 증착 응용 분야를위한 셀이 포함됩니다.