Deposição Sonoelectroquímica

A deposição sonoelectroquímica é uma técnica de síntese que combina a sonoquímica e a eletroquímica, para uma produção altamente eficiente e ecológica de nanomateriais. Reconhecida como rápida, simples e eficaz, a deposição sonoelectroquímica permite a síntese de nanopartículas e nanocompósitos com controlo da forma.

Sono-Eletrodeposição de nanopartículas

Para a sonoelectrodeposição (também deposição sonoeletroquímica, galvanoplastia sonoquímica ou eletrodeposição sonoquímica) com o objetivo de sintetizar nanopartículas, uma ou duas sondas ultra-sônicas (sonotrodos ou chifres) são usadas como eletrodos. O método de deposição sonoelectroquímica é altamente eficiente, bem como simples e seguro de operar, o que permite sintetizar nanopartículas e nanoestruturas em grandes quantidades. Além disso, a deposição sonoelectroquímica 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 ultra-sons de potência a suspensões aumenta significativamente os processos de transferência de massa devido ao fluxo macroscópico e às forças cavitacionais interfaciais microscópicas. Nos eléctrodos ultra-sónicos (sono-eléctrodos), a vibração e a cavitação ultra-sónicas removem continuamente os produtos da reação da superfície do elétrodo. Ao remover quaisquer deposições passivantes, a superfície do elétrodo fica continuamente disponível para a síntese de novas partículas.
A cavitação gerada por ultra-sons promove a formação de nanopartículas lisas e uniformes que são distribuídas homogeneamente na fase líquida.

Deposição Sonoelectroquímica de Nanopartículas

Quando um campo ultrassónico é aplicado a um eletrólito líquido, diversos fenómenos de cavitação ultra-sónica, tais como fluxo acústico e micro-jato, ondas de choque, aumento da transferência de massa de/para o elétrodo e limpeza da superfície (remoção de camadas passivantes) promovem processos de eletrodeposição/eletrodeposição. Os efeitos benéficos da sonicação na eletrodeposição/eletrodeposição já foram demonstrados para numerosas nanopartículas, incluindo nanopartículas metálicas, nanopartículas semicondutoras, nanopartículas com núcleos de casca e nanopartículas dopadas.
As nanopartículas metálicas electrodepositadas sonoquimicamente, como o Cr, o Cu e o Fe, apresentam um aumento significativo da dureza, enquanto o Zn apresenta uma maior resistência à corrosão.
Mastai et al. (1999) sintetizaram nanopartículas de CdSe através de deposição sonoelectroquímica. Ajustes de vários parâmetros de eletrodeposição e ultrassom permitem modificar o tamanho do cristal das nanopartículas de CdSe de raios-X amorfo até 9 nm (fase de esfalerite).

Ashassi-Sorkhabi e Bagheri (2014) demonstraram as vantagens da síntese sono-eletroquímica de polipirrol (PPy) em aço St-12 em um meio de ácido oxálico usando uma técnica galvanostática com uma densidade de corrente de 4 mA/cm2. A aplicação direta de ultra-sons de baixa frequência utilizando o ultrasonicador UP400S conduziu a estruturas superficiais mais compactas e mais homogéneas de polipirrol. Os resultados mostraram que a resistência de revestimento (Rcoat), resistência à corrosão (Rcorr), e resistência Warburg de amostras ultrassonicamente preparados foram maiores do que a de polipirrol não-ultrassonicamente sintetizado. Imagens de microscopia eletrónica de varrimento visualizou os efeitos positivos de ultra-sons durante a eletrodeposição sobre a morfologia das partículas: Os resultados revelam que a síntese sonoelectroquímica produz revestimentos fortemente aderentes e suaves de polipirrol. Comparando os resultados da sono-electro-deposição com a eletrodeposição convencional, é evidente que os revestimentos preparados pelo método sonoelectroquímico têm uma maior resistência à corrosão. A sonicação da célula eletroquímica resulta numa maior transferência de massa e na ativação da superfície do elétrodo de trabalho. Estes efeitos contribuem significativamente para uma síntese altamente eficiente e de alta qualidade do polipirrol.

Imagens SEM de (a) PPy e (b) revestimentos de polipirrol (PPy-US) depositados por sonoelectroquímica em aço St-12 (ampliação de 7500×)
(estudo e imagens: © Ashassi-Sorkhabi e Bagheri, 2014)

Deposição Sonoelectroquímica de Nanocompósitos

A combinação de ultra-sons com eletrodeposição é eficaz e permite uma síntese fácil de nanocompósitos.
Kharitonov et al. (2021) sintetizaram revestimentos nanocompósitos Cu-Sn-TiO2 por eletrodeposição sonoquímica a partir de um banho de ácido oxálico contendo adicionalmente 4 g/dm3 TiO2 sob agitação mecânica e ultra-sónica. O tratamento por ultra-sons foi realizado com o ultrasonicator Hielscher UP200Ht a 26 kHz de frequência e 32 W/dm3 de potência. Os resultados demonstraram que a agitação ultra-sónica diminui a aglomeração de partículas de TiO2 e permite a deposição de nanocompósitos Cu-Sn-TiO2 densos. Quando comparado com a agitação mecânica convencional, os revestimentos Cu-Sn-TiO2 depositados sob sonicação são caracterizados por uma maior homogeneidade e superfície mais lisa. Nos nanocompósitos sonicados, a maioria das partículas de TiO2 foram incorporadas na matriz Cu-Sn. A introdução de agitação por ultra-sons melhora a distribuição da superfície das nanopartículas de TiO2 e impede a agregação.
Mostra-se que os revestimentos nanocompósitos Cu-Sn-TiO2 formados por eletrodeposição assistida por ultra-sons apresentam excelentes propriedades antimicrobianas contra a bactéria E. coli.

Imagens SEM de revestimentos Cu-Sn-TiO2 depositados sono-electroquimicamente a uma densidade de corrente catódica de 0,5 A/dm2 e 1,0 A/dm2.
(estudo e imagens: © Kharitonov et al., 2021)

Equipamento Sonoelectroquímico de Alto Desempenho

A Hielscher Ultrasonics fornece equipamento ultrassónico de alto desempenho para uma sono-eletrodeposição / sonoelectrodeposição fiável e eficiente de nanomateriais. A gama de produtos inclui sistemas de ultra-sons de alta potência, sono-electrodos, reactores e células para a sua aplicação de deposição sono-eletroquímica.