Deposição Sonoeletroquímica
A deposição sonoeletroquímica é uma técnica de síntese, que combina sonoquímica e eletroquímica, para uma produção de nanomateriais altamente eficiente e ecológica. Conhecida como rápida, simples e eficaz, a deposição sonoeletroquímica permite a síntese controlada por forma de nanopartículas e nanocompósitos.
Sono-eletrodeposição de nanopartículas
Para sonoeletrodeposição (também deposição sonoeletroquímica, galvanoplastia sonoquímica ou eletrodeposição sonoquímica) com o objetivo de sintetizar nanopartículas, uma ou duas sondas ultrassônicas (sonotrodos ou chifres) são usadas como eletrodos. O método de deposição sonoeletroquímica é altamente eficiente, além de simples e seguro de operar, o que permite sintetizar nanopartículas e nanoestruturas em grandes quantidades. Além disso, a deposição sonoeletroquímica é um processo intensificado, o que significa que a sonicação acelera o processo de eletrólise para que a reação possa ser executada em condições mais eficazes.
A aplicação de ultrassom de potência a suspensões aumenta significativamente os processos de transferência de massa devido ao fluxo macroscópico e às forças cavitacionais interfaciais microscópicas. Em eletrodos ultrassônicos (sono-eletrodos), a vibração ultrassônica e a cavitação removem continuamente os produtos da reação da superfície do eletrodo. Ao remover quaisquer deposições passivas, a superfície do eletrodo está continuamente disponível para a síntese de novas partículas.
A cavitação gerada por ultrassom promove a formação de nanopartículas lisas e uniformes que são distribuídas de forma homogênea na fase líquida.
- nanopartículas
- nanopartículas de núcleo-casca
- Suporte Decorado com Nanopartículas
- nanoestruturas
- nanocompósitos
- Revestimentos
Deposição Sonoeletroquímica de Nanopartículas
Quando um campo ultrassônico é aplicado a um eletrólito líquido, diversos fenômenos de cavitação ultrassônica, como fluxo acústico e microjateamento, ondas de choque, aprimoramento de transferência de massa de/para o eletrodo e limpeza da superfície (remoção de camadas passivantes) promovem processos de eletrodeposição / galvanoplastia. Os efeitos benéficos da sonicação na eletrodeposição / galvanoplastia já foram demonstrados para inúmeras nanopartículas, incluindo nanopartículas metálicas, nanopartículas semicondutoras, nanopartículas de casca de núcleo e nanopartículas dopadas.
Nanopartículas metálicas eletrodepositadas sonoquimicamente, como Cr, e Fe, apresentam um aumento significativo na dureza, enquanto o Zn apresenta maior resistência à corrosão.
Mastai et al. (1999) sintetizaram nanopartículas de CdSe por meio de deposição sonoeletroquímica. Ajustes de vários parâmetros eletrodeposicionais e ultrassônicos permitem modificar o tamanho do cristal das nanopartículas de CdSe de raios-X amorfos até 9 nm (fase esfalerita).
Ashassi-Sorkhabi e Bagheri (2014) demonstraram as vantagens da síntese sonoeletroquímica de polipirrol (PPy) no aço St-12 em meio de ácido oxálico usando uma técnica galvanostática com densidade de corrente de 4 mA/cm2. A aplicação direta de ultrassom de baixa frequência usando o ultrasonicador UP400S levou a estruturas de superfície mais compactas e homogêneas do polipirrol. Os resultados mostraram que a resistência ao revestimento (Rcoat), resistência à corrosão (Rcorr) e resistência Warburg das amostras preparadas por ultrassom foram maiores do que as do polipirrol não sintetizado por ultrassom. Imagens de microscopia eletrônica de varredura visualizaram os efeitos positivos da ultrassonografia durante a eletrodeposição na morfologia das partículas: Os resultados revelam que a síntese sonoeletroquímica produz revestimentos fortemente aderentes e lisos de polipirrol. Comparando os resultados da sonoeletrodeposição com a eletrodeposição convencional, fica claro que os revestimentos preparados pelo método sonoeletroquímico apresentam maior resistência à corrosão. A sonicação da célula eletroquímica resulta em maior transferência de massa e na ativação da superfície do eletrodo de trabalho. Esses efeitos contribuem significativamente para uma síntese altamente eficiente e de alta qualidade do polipirrol.
Deposição Sonoeletroquímica de Nanocompósitos
A combinação de ultrassom com eletrodeposição é eficaz e permite uma síntese fácil de nanocompósitos.
Kharitonov et al. (2021) sintetizaram revestimentos nanocompósitos de-Sn-TiO2 por eletrodeposição sonoquímica de um banho de ácido oxálico contendo adicionalmente 4 g/dm3 TiO2 sob agitação mecânica e ultrassônica. O tratamento ultrassonográfico foi realizado com o ultrassônico Hielscher UP200Ht na frequência de 26 kHz e potência de 32 W/dm3. Os resultados demonstraram que a agitação ultrassônica diminui a aglomeração de partículas de TiO2 e permite a deposição de nanocompósitos densos de-Sn-TiO2. Quando comparados à agitação mecânica convencional, os revestimentos-Sn-TiO2 depositados sob sonicação são caracterizados por maior homogeneidade e superfície mais lisa. Nos nanocompósitos sonicados, a maioria das partículas de TiO2 foi incorporada à matriz-Sn. A introdução da agitação ultrassônica melhora a distribuição superficial das nanopartículas de TiO2 e impede a agregação.
Mostra-se que os revestimentos nanocompósitos-Sn-TiO2 formados por eletrodeposição assistida por ultrassom exibem excelentes propriedades antimicrobianas contra a bactéria E. coli.
Equipamento Sonoeletroquímico de Alto Desempenho
A Hielscher Ultrasonics fornece equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para uma sonoeletrodeposição / sonogalvanoplastia confiável e eficiente de nanomateriais. A linha de produtos inclui sistemas de ultrassom de alta potência, sonoeletrodos, reatores e células para sua aplicação de deposição eletroquímica.
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Literatura / Referências
- Dmitry S. Kharitonov, Aliaksandr A. Kasach, Denis S. Sergievich, Angelika Wrzesińska, Izabela Bobowska, Kazimierz Darowicki, Artur Zielinski, Jacek Ryl, Irina I. Kurilo (2021): Ultrasonic-assisted electrodeposition of Cu-Sn-TiO2 nanocomposite coatings with enhanced antibacterial activity. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 75, 2021.
- Ashassi-Sorkhabi, Habib; Bagheri, Robabeh (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology 2014.
- Hyde, Michael; Compton, Richard (2002): How ultrasound influence the electrodeposition of metals. Journal of Electroanalytical Chemistry 531, 2002. 19-24.
- Mastai, Y., Polsky, R., Koltypin, Y., Gedanken, A., & Hodes, G. (1999): Pulsed Sonoelectrochemical Synthesis of Cadmium Selenide Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, 121(43), 1999. 10047–10052.
- Josiel Martins Costa, Ambrósio Florêncio de Almeida Neto (2020): Ultrasound-assisted electrodeposition and synthesis of alloys and composite materials: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 68, 2020.