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.

나노 입자의 Sonoelectrochemical 증착

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

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.

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)

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.