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초음파 전기화학 증착

Sonoelectrochemical 증착은 초음파 화학과 전기 화학을 결합한 합성 기술로, 나노 물질의 고효율 및 환경 친화적 인 생산을 위해 사용됩니다. 빠르고 간단하며 효과적인 것으로 유명한 초음파 전기화학 증착은 나노 입자와 나노 복합체의 형상 제어 합성을 가능하게 합니다.

나노 입자의 Sono-Electrodeposition

나노 입자를 합성하기 위한 목적으로 초음파 전착 (또한 초음파 전기 침착, 초음파 화학 전기 도금 또는 초음파 화학 전착)의 경우 하나 또는 두 개의 초음파 프로브 (소노트로드 또는 혼)가 전극으로 사용됩니다. 초음파 전기 화학 증착 방법은 매우 효율적일 뿐만 아니라 작동이 간단하고 안전하여 나노 입자와 나노 구조를 대량으로 합성할 수 있습니다. 또한, 초음파 전기 화학 증착은 강화 된 과정이며, 이는 초음파 처리가 전기 분해 과정을 가속화하여 반응을보다 효과적인 조건에서 실행할 수 있음을 의미합니다.
현탁액에 파워 초음파를 적용하면 거시적 스트리밍과 미세한 계면 캐비테이셔널로 인해 질량 전달 과정이 크게 증가합니다. 초음파 전극 (소노 전극)에서 초음파 진동 및 캐비테이션은 전극 표면에서 반응 생성물을 지속적으로 제거합니다. 부동태화 증착을 제거함으로써 전극 표면은 새로운 입자 합성에 지속적으로 사용할 수 있습니다.
초음파 생성 캐비테이션은 액상에 균일하게 분포된 매끄럽고 균일한 나노 입자의 형성을 촉진합니다.

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초음파 전착은 나노 입자 및 나노 구조 물질의 생산을위한 매우 효율적인 방법입니다.

프로브가 있는 2x 초음파 프로세서는 전극, 즉 음극 및 양극 역할을 합니다. 초음파 진동 및 캐비테이션은 전기 화학 과정을 촉진합니다.

이 비디오는 전류에 대한 직접 전극 초음파의 긍정적 인 영향을 보여줍니다. 그것은 Hielscher UP100H (100 와트, 30kHz) 전기 화학 업그레이드 및 티타늄 전극 / sonotrode가있는 초음파 균질화기를 사용합니다. 묽은 황산의 전기 분해는 수소 가스와 산소 가스를 생성합니다. 초음파는 전극 표면의 확산층 두께를 줄이고 전기 분해 중 질량 전달을 향상시킵니다.

Sono-Electro-Chemistry - 배치 전기 분해에 대한 초음파의 영향 그림

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Sonochemical 전착

  • 나노 입자
  • 코어 쉘 나노 입자
  • 나노 입자 장식 지원
  • 나노 구조
  • 나노 복합체
  • 코팅

나노 입자의 Sonoelectrochemical 증착

초음파 음극에서 수소의 Sono-electrochemical 생산.초음파장이 액체 전해질에 적용되면 음향 스트리밍 및 마이크로 제팅, 충격파, 전극으로부터의 질량 전달 향상 및 표면 세척 (부동태화 층 제거)과 같은 다양한 초음파 캐비테이션 현상이 전착 / 전기 도금 공정을 촉진합니다. 전착 / 전기 도금에 대한 초음파 처리의 유익한 효과는 금속 나노 입자, 반도체 나노 입자, 코어 쉘 나노 입자 및 도핑 된 나노 입자를 포함한 수많은 나노 입자에 대해 이미 입증되었습니다.
Cr, Cu 및 Fe와 같은 Sonochemically 전착 된 메타 틱 나노 입자는 경도가 크게 증가하는 반면 Zn은 내식성이 증가합니다.
Mastai et al. (1999)은 초음파 전기 화학 증착을 통해 CdSe 나노 입자를 합성했습니다. 다양한 전착 및 초음파 매개 변수를 조정하면 X 선 비정질에서 최대 9nm (sphalerite phase)까지 CdSe 나노 입자의 결정 크기를 수정할 수 있습니다.

Ashassi-Sorkhabi와 Bagheri(2014)는 전류 밀도가 4mA/cm2인 갈바노스태틱 기술을 사용하여 옥살산 매체에서 St-12 강철의 폴리피롤(PPy)의 초음파 전기화학적 합성의 이점을 입증했습니다. 초음파기 UP400S를 사용하여 저주파 초음파를 직접 적용하면 폴리 피롤의 표면 구조가보다 작고 균일 한 표면 구조를 얻을 수 있습니다. 그 결과, 초음파로 제조된 샘플의 코팅 저항성(Rcoat), 내식성(Rcorr) 및 Warburg 저항성이 초음파로 합성되지 않은 폴리피롤보다 높은 것으로 나타났습니다. 주사 전자 현미경의 이미지는 입자 형태에 대한 전착 중 초음파의 긍정적 인 효과를 시각화했습니다 : 결과는 초음파 전기 화학 합성이 폴리 피롤의 강력하게 접착되고 부드러운 코팅을 생성한다는 것을 보여줍니다. 소노 전기 증착 결과와 기존 전착 결과를 비교하면 초음파 전기 화학 방법으로 제조 된 코팅이 더 높은 내식성을 갖는다는 것이 분명합니다. 전기 화학 셀의 초음파 처리는 질량 전달을 향상시키고 작동 전극 표면을 활성화시킵니다. 이러한 효과는 폴리피롤의 매우 효율적인 고품질 합성에 크게 기여합니다.

St-12 강철에 초음파로 전착된 폴리피롤 코팅.

St-12 강철에 대한 (a) PPy 및 (b) 초음파 전기화학 증착 폴리피롤(PPy-US) 코팅의 SEM 이미지(배율 7500×)
(연구 및 사진: © Ashassi-Sorkhabi 및 Bagheri, 2014)

Sono-electrochemical 증착은 나노 입자 및 나노 구조 물질의 합성을 위한 매우 효율적인 방법입니다.

Sonochemical 전착은 나노 입자, 코어 쉘 나노 입자, 나노 입자 코팅 지지체 및 나노 구조 물질을 생산할 수 있습니다.
(사진 및 연구: ©Islam et al. 2019)

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나노 복합체의 Sonoelectrochemical 증착

초음파와 전착의 조합은 효과적이며 나노 복합 물질의 쉬운 합성을 가능하게합니다.
Kharitonov et al. (2021)은 기계적 및 초음파 교반 하에서 4g/dm3 TiO2를 추가로 포함하는 옥살산 수조에서 초음파 화학 전착에 의해 나노 복합체 Cu–Sn–TiO2 코팅을 합성했습니다. 초음파 치료는 26kHz 주파수 및 32W / dm3 전력에서 Hielscher 초음파 장치 UP200Ht를 사용하여 수행되었습니다. 결과는 초음파 교반이 TiO2 입자의 응집을 감소시키고 조밀 한 Cu-Sn-TiO2 나노 복합체의 증착을 허용한다는 것을 보여주었습니다. 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 묻혔습니다. 초음파 교반의 도입은 TiO2 나노 입자의 표면 분포를 개선하고 응집을 방해합니다.
초음파 보조 전착에 의해 형성된 나노 복합체 Cu-Sn-TiO2 코팅은 대장균에 대해 우수한 항균 특성을 나타내는 것으로 나타났습니다.

Sonochemical 전착은 구리-주석-이산화 티타늄 (Cu-Sn-TiO2) 코팅과 같은 나노 물질을 생산하는 데 사용됩니다. 이 연구에서 Hielscher 초음파 발생기 UP200Ht가 초음파 장치로 사용되었습니다.

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

초음파 전극은 전기 화학 공정의 효율성, 수율 및 전환율을 향상시킵니다.

초음파 프로브는 전극 역할을합니다. 초음파는 전기 화학 반응을 촉진하여 효율성이 향상되고 수율이 높으며 변환 속도가 빨라집니다.
Sonoelectrochemistry는 전착 공정을 크게 향상시킵니다.

고성능 Sonoelectrochemical 장비

Hielscher 초음파는 나노 물질의 신뢰할 수 있고 효율적인 초음파 전착 / 초음파 전기 도금을위한 고성능 초음파 장비를 공급합니다. 제품 범위에는 고출력 초음파 시스템, 소노 전극, 반응기 및 소노 전기화학 증착 응용 분야를 위한 셀이 포함됩니다.

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나노 입자의 전착을위한 초음파 프로브 UIP2000hdT가있는 Sonoelectrochemical 인라인 반응기

초음파기 UIP2000hdT의 프로브는 나노 입자 합성을위한 초음파 전기 화학 설정에서 전극 역할을합니다.

이 비디오는 H-Cell 전해조 설정에서 전류에 대한 직접 전극 초음파의 긍정적 인 영향을 보여줍니다. 그것은 Hielscher UP100H (100 와트, 30kHz) 전기 화학 업그레이드 및 티타늄 전극 / sonotrode가있는 초음파 균질화기를 사용합니다. 묽은 황산의 전기 분해는 수소 가스와 산소 가스를 생성합니다. 초음파는 전극 표면의 확산층 두께를 줄이고 전기 분해 중 질량 전달을 향상시킵니다.

Sono-Electro-Chemistry - H 세포 전기 분해에 대한 초음파의 영향 그림

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문헌 / 참고문헌


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