Sonoelectrochemical nogulsnēšanās

Sonoelectrochemical nogulsnēšana ir sintēzes metode, kas apvieno sonoķīmiju un elektroķīmiju, lai nodrošinātu ļoti efektīvu un videi draudzīgu nanomateriālu ražošanu. Sonoelectrochemical nogulsnēšana, kas pazīstama kā ātra, vienkārša un efektīva, ļauj veikt nanodaļiņu un nanokompozītu formas kontrolētu sintēzi.

Nanodaļiņu sono-elektrodu novietošana

Sonoelectrodeposition (arī sonoeletrochemical nogulsnēšana, sonochemical galvanizācija vai sonochemical elektrodposition) ar mērķi sintezēt nanodaļiņas, kā elektrodi tiek izmantoti viens vai divi ultraskaņas zondes (sonotrodes vai ragi). Sonoelectrochemical nogulsnēšanas metode ir ļoti efektīva, kā arī vienkārša un droša lietošanai, kas ļauj sintezēt nanodaļiņas un nanostruktūras lielos daudzumos. Turklāt sonoelectrochemical nogulsnēšana ir pastiprināts process, kas nozīmē, ka ultraskaņas apstrāde paātrina elektrolīzes procesu, lai reakciju varētu veikt efektīvākos apstākļos.
Jaudas ultraskaņas pielietošana suspensijām ievērojami palielina masas pārneses procesus makroskopiskās straumēšanas un mikroskopisko starpfaciālo kavitācijas spēku dēļ. Ultraskaņas elektrodos (sono-elektrodos) ultraskaņas vibrācija un kavitācija nepārtraukti noņem reakcijas produktus no elektroda virsmas. Noņemot visus pasivējošos nosēdumus, elektroda virsma ir nepārtraukti pieejama jaunu daļiņu sintēzei.
Ultraskaņas ģenerēta kavitācija veicina gludu un vienmērīgu nanodaļiņu veidošanos, kas ir viendabīgi sadalītas šķidrajā fāzē.

Nanodaļiņu sonoelektroķīmiskā nogulsnēšana

Kad šķidrajam elektrolītam tiek piemērots ultraskaņas lauks, dažādas ultraskaņas kavitācijas parādības, piemēram, akustiskā straumēšana un mikrostrūkla, trieciena viļņi, masas pārneses uzlabošana no / uz elektrodu un virsmas tīrīšana (pasivējošo slāņu noņemšana) veicina elektrodu novietošanas / galvanizācijas procesus. Ultraskaņas labvēlīgā ietekme uz elektrodpozīciju / galvanizāciju jau ir pierādīta daudzām nanodaļiņām, ieskaitot metāla nanodaļiņas, pusvadītāju nanodaļiņas, kodola apvalka nanodaļiņas un dopētām nanodaļiņas.
Sonoķīmiski elektrodzelzētās mettālās nanodaļiņas, piemēram, Cr, Cu un Fe, uzrāda ievērojamu cietības pieaugumu, savukārt Zn uzrāda paaugstinātu izturību pret koroziju.
(1999) sintezēja CdSe nanodaļiņas, izmantojot sonoelectrochemical nogulsnēšanos. Dažādu elektrodu un ultraskaņas parametru pielāgošana ļauj modificēt CdSe nanodaļiņu kristāla izmēru no rentgenstaru amorfas līdz 9 nm (sphalerīta fāze).

Ashassi-Sorkhabi un Bagheri (2014) demonstrēja polipirola (PPy) sono-elektroķīmiskās sintēzes priekšrocības uz St-12 tērauda skābeņskābes vidē, izmantojot galvanostatisku tehniku ar strāvas blīvumu 4 mA/cm2. Tieša zemas frekvences ultraskaņas pielietošana, izmantojot ultrasonicator UP400S, noveda pie kompaktākām un viendabīgākām polipirola virsmas struktūrām. Rezultāti parādīja, ka ultrasoniski sagatavotu paraugu pārklājuma izturība (Rcoat), izturība pret koroziju (Rcorr) un Warburg pretestība bija augstāka nekā ne-ultrasoniski sintezēta polipirola pretestība. Skenēšanas elektronu mikroskopijas attēli vizualizēja ultrasonication pozitīvo ietekmi elektrodu izvietošanas laikā uz daļiņu morfoloģiju: Rezultāti atklāj, ka sonoelectrochemical sintēze dod stingri pielipušus un gludus polipirola pārklājumus. Salīdzinot sono-elektronogulsnēšanas rezultātus ar parasto elektrodu novietošanu, ir skaidrs, ka pārklājumiem, kas sagatavoti ar sonoelectrochemistry metodi, ir augstāka izturība pret koroziju. Elektroķīmiskās šūnas ultraskaņas apstrāde uzlabo masas pārnesi un aktivizē darba elektroda virsmu. Šie efekti ievērojami veicina ļoti efektīvu, augstas kvalitātes polipirola sintēzi.

SEM attēli ar a) PPy un b) sonoelectrochemial nogulsnēta polipirola (PPy-US) pārklājumiem uz St-12 tērauda (palielinājums 7500×)
(pētījums un attēli: © Ashassi-Sorkhabi un Bagheri, 2014)

Nanokompozītu sonoelektroķīmiskā nogulsnēšana

Ultrasonication kombinācija ar elektrodu novietošanu ir efektīva un ļauj veikt nanokompozītu facile sintēzi.
(2021) sintezēti nanokompozītu Cu–Sn–TiO2 pārklājumi ar sonoķīmisko elektrodu no skābeņskābes vannas, kas papildus satur 4 g/dm3 TiO2 mehāniskā un ultraskaņas uzbudinājumā. Ultraskaņas apstrāde tika veikta ar Hielscher ultrasonicator UP200Ht pie 26 kHz frekvences un 32 W / dm3 jaudas. Rezultāti parādīja, ka ultraskaņas uzbudinājums samazina TiO2 daļiņu aglomerāciju un ļauj nogulsnēt blīvus Cu–Sn–TiO2 nanokompozītus. Salīdzinot ar parasto mehānisko uzbudinājumu, Cu–Sn–TiO2 pārklājumiem, kas nogulsnēti ar ultraskaņu, raksturīga augstāka viendabīgums un gludāka virsma. Sonikētajos nanokompozītos lielākā daļa TiO2 daļiņu tika iestrādātas Cu–Sn matricā. Ultraskaņas uzbudinājuma ieviešana uzlabo TiO2 nanodaļiņu virsmas sadalījumu un kavē agregāciju.
Ir pierādīts, ka nanokompozītu Cu–Sn–TiO2 pārklājumiem, ko veido ultraskaņas elektrodpozīcija, piemīt lieliskas pretmikrobu īpašības pret E. coli baktērijām.

SEM attēli no sono-elektroķīmiski nogulsnētiem Cu–Sn–TiO2 pārklājumiem pie katoda strāvas blīvuma 0,5 A/dm2 un 1,0 A/dm2.
(pētījums un attēli: © Kharitonov et al., 2021)

Augstas veiktspējas sonoelectrochemical iekārtas

Hielscher Ultrasonics piegādā augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas uzticamai un efektīvai nanomateriālu sono-elektrodu novietošanai / sonogalvanizācijai. Produktu klāstā ietilpst lieljaudas ultraskaņas sistēmas, sono-elektrodi, reaktori un šūnas jūsu sono-elektroķīmiskās nogulsnēšanas pielietojumam.