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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.

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A eletrodeposição ultrassônica é um método altamente eficiente para a produção de nanopartículas e materiais nanoestruturados.

2 processadores ultrassônicos com sondas, que atuam como eletrodos, ou seja, cátodo e ânodo. A vibração e cavitação do ultrassom promove processos eletroquímicos.

Este vídeo ilustra a influência positiva da ultrassonografia direta do eletrodo na corrente elétrica. Ele usa um homogeneizador ultrassônico Hielscher UP100H (100 Watts, 30kHz) com atualização eletroquímica e um eletrodo/sonotrodo de titânio. A eletrólise do ácido sulfúrico diluído produz gás hidrogênio e gás oxigênio. A ultrassonografia reduz a espessura da camada de difusão na superfície do eletrodo e melhora a transferência de massa durante a eletrólise.

Sono-Eletroquímica - Ilustração da Influência do Ultrassom na Eletrólise em Lote

Miniatura do vídeo

Eletrodeposição sonoquímica de

  • nanopartículas
  • nanopartículas de núcleo-casca
  • Suporte Decorado com Nanopartículas
  • nanoestruturas
  • nanocompósitos
  • Revestimentos

Deposição Sonoeletroquímica de Nanopartículas

Produção sonoeletroquímica de hidrogênio em um cátodo ultrassônico.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.

Revestimento de polipirrol eletrodepositado por ultrassom em aço St-12.

Imagens de MEV de (a) revestimentos de polipirrol depositado sonoeletroquímico (PPy-US) em aço St-12 (ampliação de 7500×)
(estudo e fotos: © Ashassi-Sorkhabi e Bagheri, 2014)

A deposição sonoeletroquímica é um método altamente eficiente para a síntese de nanopartículas e materiais nanoestruturados.

A eletrodeposição sonoquímica permite produzir nanopartículas, nanopartículas de núcleo-casca, suporte revestido de nanopartículas e materiais nanoestruturados.
(imagem e estudo: ©Islam et al. 2019)

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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.

A eletrodeposição sonoquímica é usada para produzir nanomateriais, como revestimentos de cobre-estanho-dióxido de titânio (-Sn-TiO2). No estudo, o ultrassônico Hielscher UP200Ht foi usado como dispositivo de ultrassom.

Imagens de MEV de revestimentos de-Sn-TiO2 depositados eletroquimicamente em densidade de corrente catódica de 0,5 A/dm2 e 1,0 A/dm2.
(estudo e fotos: © Kharitonov et al., 2021)

Os eletrodos ultrassônicos melhoram a eficiência, o rendimento e a taxa de conversão dos processos eletroquímicos.

A sonda ultrassônica funciona como eletrodo. As ondas de ultrassom promovem reações eletroquímicas, resultando em maior eficiência, maiores rendimentos e taxas de conversão mais rápidas.
A sonoeletroquímica melhora significativamente os processos de eletrodeposição.

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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Reator sonoeletroquímico em linha com sonda ultrassônica UIP2000hdT para eletrodeposição de nanopartículas

A sonda do ultrasonicator UIP2000hdT atua como eletrodo em uma configuração sonoeletroquímica para síntese de nanopartículas.

Este vídeo ilustra a influência positiva da ultrassonografia direta do eletrodo na corrente elétrica em uma configuração de eletrolisador de célula H. Ele usa um homogeneizador ultrassônico Hielscher UP100H (100 Watts, 30kHz) com atualização eletroquímica e um eletrodo/sonotrodo de titânio. A eletrólise do ácido sulfúrico diluído produz gás hidrogênio e gás oxigênio. A ultrassonografia reduz a espessura da camada de difusão na superfície do eletrodo e melhora a transferência de massa durante a eletrólise.

Sono-Eletroquímica - Ilustração da Influência da Ultrassonografia na Eletrólise de Células H

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Literatura / Referências


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A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.

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