Sonoelektrokemična deponicija

Sonoelektrokemična talog je sintezna tehnika, ki združuje sonokemijo in elektrokemijo, za zelo učinkovito in okolju prijazno proizvodnjo nanomaterialov. Znan kot hitra, preprosta in učinkovita, sonoelektrokemična talog omogoča obliko nadzorovano sintezo nanodelcev in nanokomposijev.

Sono-elektrodeposicija nanodelcev

Za sonoelektrodeposicijo (tudi sonoeletrokemično deponiranje, sonokemično elektroplatiranje ali sonokemično elektrodeposicijo) z namenom sinteze nanodelcev se kot elektrode uporablja ena ali dve ultrazvočni sondi (sonotrodi ali rogovi). Metoda sonoelektrokemične deponiranja je zelo učinkovita kot tudi enostavna in varna za delovanje, kar omogoča sintezo nanodelcev in nanostruktur v velikih količinah. Poleg tega je sonoelektrokemična deponiranje intenzivni proces, kar pomeni, da sonication pospešuje elektrolizo proces, tako da se lahko reakcija izvaja pod učinkovitejšimi pogoji.
Uporaba električnega ultrazvoka za vzmetenje znatno poveča procese množičnega prenosa zaradi makroskopskega pretaka in mikroskopskih medfacialnih kavitacialnih sil. Na ultrazvočnih elektrodah (sono-elektrodah) ultrazvočne vibracije in kavitacija nenehno odstranjujejo reakcijske produkte z elektrodne površine. Z odstranitvijo vseh pasivnih talogov je površina elektrod neprekinjeno na voljo za novo sintezo delca.
Ultrazvočno ustvarjena kavitacija spodbuja nastanek gladkih in enotnih nanodelcev, ki so homogeno porazdeljeni v tekoči fazi.

Sonoelektrokemična deponcija nanodelcev

Ko se ultrazvočno polje uporablja za tekoči elektrolit, raznolike ultrazvočne kavitacije fenomeni, kot so akustično pretakanje in mikro-jeting, udarni valovi, povečanje množičnega prenosa iz /na elektrodo in površinsko čiščenje (odstranjevanje pasivnih plasti) spodbujajo elektrodeposicije / elektroplating procese. Koristni učinki sonication na elektrodeposition / elektroplating že dokazano za številne nanodelce, vključno s kovinskimi nanodelci, polprevodnik nanodelci, jedro lupine nanodelci in doped nanodelci.
Sonokemično elektrodeponirana mettalna nanodelca, kot so Cr, Cu in Fe, kažejo pomembno povečanje trdote, medtem ko Zn kaže povečano odpornost na korozijo.
Mastai et al. (1999) sintetizirajo cdSe nanodelci s sonoelektrokemično deponijo. Prilagoditve različnih elektrodeposicije in ultrazvočnih parametrov omogočajo spreminjanje kristalne velikosti nanodelcev CDSe od rentgenskih amorfnih do 9 nm (faza sphalerita).

Ashassi-Sorkhabi in Bagheri (2014) sta dokazala prednosti sono-elektrokemične sinteze polipirrola (PPy) na jeklu St-12 v oksalni kislini s pomočjo galvanostatične tehnike s trenutno gostoto 4 mA/cm2. Neposredna uporaba nizko frekvenčni ultrazvok z uporabo ultrazvočnega UP400S je privedla do bolj kompaktnih in bolj homogenih površinskih struktur polipirrole. Rezultati so pokazali, da so bila odpornost na premaz (Rcoat), odpornost na korozijo (Rcorr) in Warburgova odpornost ultrazvočno pripravljenih vzorcev višja od odpornosti ne ultrazvočno sintetiziranega poliporola. Slike skeniranja elektronske mikroskopije vizualizirali pozitivne učinke ultrasonication med elektrodeposicije na morfologijo delcev: Rezultati razkrivajo, da sonoelektrokemična sinteza daje močno pridržljive in gladke premaze polipirola. Če primerjamo rezultate sonoelektrokemske deponiranja s konvencionalno elektrodepolicijo, je jasno, da imajo premazi, ki jih pripravi sonoelektrokemistična metoda, višjo odpornost na korozijo. Sonication elektrokemične celice ima za rezultat okrepljen prenos mase in pri aktivaciji površine delovne elektrode. Ti učinki znatno prispevajo k zelo učinkoviti, visokokakovostni sintezi poliirrola.

SEM slike (a) PPy in (b) sonoelektrokemija, deponiranega polipirola (PPy-US) na jeklu St-12 (povečava 7500×)
(študija in slike: © Ashassi-Sorkhabi in Bagheri, 2014)

Sonoelektrokemična deponovanje nanokomponita

Kombinacija ultrasonikacije z elektrodeposicijo je izkoščična in omogoča facilno sintezo nanokomposijev.
Kharitonov et al. (2021) sintetizirani nanokomponit Cu-Sn–TiO2 premazi s sonokemično elektrodepolijo iz oksalne kislinske kopeli, ki dodatno vsebuje 4 g/dm3 TiO2 pod mehansko in ultrazvočno agitacijo. Ultrazvočno zdravljenje je bilo izvedeno z ultrazvočnim up200Ht Hielscher pri frekvenci 26 kHz in 32 W/dm3 moči. Rezultati so pokazali, da ultrazvočna agitacija zmanjšuje aglomeracijo delcev TiO2 in omogoča deponiranje gostih Cu-Sn–TiO2 nanokomposijev. V primerjavi s konvencionalno mehansko vznemirjenostjo je za premaz Cu-Sn–TiO2, deponiranega pod sonikacijo, značilna višja homogenost in gladka površina. V soniciranih nanokompositih je bila večina delcev TiO2 vdelana v Cu-Sn matriko. Uvedba ultrazvočne agitacije izboljša površinsko porazdelitev nanodelcev TiO2 in ovira združevanje.
Kaže se, da nanokomponit Cu-Sn–TiO2 premazi, ki jih tvori ultrazvočno podprta elektrodeposicija kažejo odlične antimikrobne lastnosti proti bakterijam E. coli.

SEM slike sono-elektrokemično deponiranih premazov Cu-Sn–TiO2 v gostoti toka 0,5 A/dm2 in 1,0 A/dm2.
(študija in slike: © Kharitonov et al., 2021)

Visoko zmogljivost sonoelektrokemične opreme

Hielscher Ultrasonics dobavlja visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za zanesljivo in učinkovito sono-elektrodeposicijo / sonoelektropliranje nanomaterialov. V ponudbo izdelkov spadajo ultrazvočni sistemi visoke moči, sono-elektrode, reaktorji in celice za vašo aplikacijo za sono-elektrokemično deponiranje.