Sonoelektrokemično nanašanje
Sonoelektrokemično nanašanje je tehnika sinteze, ki združuje sonokemijo in elektrokemijo za visoko učinkovito in okolju prijazno proizvodnjo nanomaterialov. Sonoelektrokemično nanašanje, znano kot hitro, preprosto in učinkovito, omogoča sintezo nanodelcev in nanokompozitov z nadzorovano obliko.
Sono-elektrodepozicija nanodelcev
Za sonoelektronapozicijo (tudi sonoeletrokemično nanašanje, sonokemično galvanizacijo ali sonokemično elektronanašanje) z namenom sinteze nanodelcev se kot elektrode uporabljata ena ali dve ultrazvočni sondi (sonotrode ali rogovi). Metoda sonoelektrokemičnega nanašanja je zelo učinkovita ter enostavna in varna za uporabo, kar omogoča sintezo nanodelcev in nanostruktur v velikih količinah. Poleg tega je sonoelektrokemično nanašanje okrepljen proces, kar pomeni, da ultrazvočno razbijanje pospeši proces elektrolize, tako da se reakcija lahko izvaja v bolj učinkovitih pogojih.
Uporaba močnega ultrazvoka na suspenzije znatno poveča procese prenosa mase zaradi makroskopskega pretoka in mikroskopskih medfaznih kavitacijskih sil. Na ultrazvočnih elektrodah (sono-elektrodah) ultrazvočne vibracije in kavitacija nenehno odstranjujejo reakcijske produkte s površine elektrode. Z odstranitvijo pasivizirajočih usedlin je površina elektrode stalno na voljo za sintezo novih delcev.
Ultrazvočna kavitacija spodbuja tvorbo gladkih in enakomernih nanodelcev, ki so homogeno porazdeljeni v tekoči fazi.
2x ultrazvočni procesorji s sondami, ki delujejo kot elektrode, tj. katoda in anoda. Ultrazvočne vibracije in kavitacija spodbujajo elektrokemične procese.
- nanodelci
- nanodelci jedrne lupine
- Podpora z nanodelci
- Nanostrukture
- nanokompoziti
- Premazi
Sonoelektrokemično nanašanje nanodelcev
Ko se ultrazvočno polje nanese na tekoči elektrolit, različni ultrazvočni kavitacijski pojavi, kot so akustično pretakanje in mikro-brizganje, udarni valovi, povečanje prenosa mase iz / na elektrodo in čiščenje površine (odstranjevanje pasivacijskih plasti), spodbujajo postopke elektrodepozicije / galvanizacije. Koristni učinki ultrazvočnega razbijanja na elektrodepozicijo / galvanizacijo so že bili dokazani za številne nanodelce, vključno s kovinskimi nanodelci, polprevodniškimi nanodelci, nanodelci jedrne lupine in dopirani nanodelci.
Sonokemično elektrodeponirani metalni nanodelci, kot so Cr, Cu in Fe, kažejo znatno povečanje trdote, medtem ko Zn kaže povečano odpornost proti koroziji.
Mastai et al. (1999) so sintetizirali nanodelce CdSe s sonoelektrokemičnim nanašanjem. Prilagoditve različnih elektrodepozicijskih in ultrazvočnih parametrov omogočajo spreminjanje velikosti kristalov nanodelcev CdSe iz rentgenskih amorfnih do 9 nm (sfaleritna faza).
Ashassi-Sorkhabi in Bagheri (2014) sta pokazala prednosti sono-elektrokemične sinteze polipirola (PPy) na jeklu St-12 v mediju oksalne kisline z uporabo galvanostatične tehnike s tokovno gostoto 4 mA / cm2. Neposredna uporaba nizkofrekvenčnega ultrazvoka z uporabo ultrazvočnega UP400S je privedla do bolj kompaktnih in bolj homogenih površinskih struktur polipirola. Rezultati so pokazali, da so odpornost na premaze (Rcoat), odpornost proti koroziji (Rcorr) in Warburgova odpornost ultrazvočno pripravljenih vzorcev višja kot pri neultrazvočno sintetiziranem polipirolu. Slike vrstične elektronske mikroskopije so vizualizirale pozitivne učinke ultrasonication med elektrodepozicijo na morfologijo delcev: Rezultati kažejo, da sonoelektrokemična sinteza daje močno oprijemljive in gladke prevleke polipirola. Če primerjamo rezultate sonoelektro-nanašanja s konvencionalnim elektronanašanjem, je jasno, da imajo premazi, pripravljeni s sonoelektrokemijsko metodo, večjo odpornost proti koroziji. Sonikacija elektrokemične celice povzroči povečan prenos mase in aktivacijo površine delovne elektrode. Ti učinki pomembno prispevajo k zelo učinkoviti in visokokakovostni sintezi polipirola.
SEM posnetki (a) PPy in (b) sonoelektrokemično nanesenih polipirolnih (PPy-US) premazov na jeklu St-12 (povečava 7500×)
(študija in slike: © Ashassi-Sorkhabi in Bagheri, 2014)
Sonokemično elektronanašanje omogoča proizvodnjo nanodelcev, nanodelcev jedra-lupine, nanodelcev, prevlečenih z nanodelci, in nanostrukturiranih materialov.
(slika in študija: ©Islam et al. 2019)
Sonoelektrokemično nanašanje nanokompozitov
Kombinacija ultrazvočne razlage z elektronanašanjem je učinkovita in omogoča enostavno sintezo nanokompozitov.
(2021) so sintetizirali nanokompozitne premaze Cu-Sn-TiO2 s sonokemičnim elektronanašanjem iz kopeli z oksalno kislino, ki je dodatno vsebovala 4 g / dm3 TiO2 pod mehanskim in ultrazvočnim mešanjem. Ultrazvočno zdravljenje je bilo izvedeno s Hielscherjevim ultrazvočnim aparatom UP200Ht pri frekvenci 26 kHz in moči 32 W / dm3. Rezultati so pokazali, da ultrazvočno mešanje zmanjšuje aglomeracijo delcev TiO2 in omogoča odlaganje gostih nanokompozitov Cu-Sn-TiO2. V primerjavi z običajnim mehanskim mešanjem je za premaze Cu-Sn-TiO2, ki se nanesejo pod ultrazvočnim razbijanjem, značilna večja homogenost in bolj gladka površina. V ultrazvočnih nanokompozitih je bila večina delcev TiO2 vgrajena v matriko Cu-Sn. Uvedba ultrazvočnega mešanja izboljša površinsko porazdelitev nanodelcev TiO2 in ovira agregacijo.
Dokazano je, da nanokompozitni premazi Cu-Sn-TiO2, ki nastanejo z ultrazvočno podprto elektrodepozicijo, kažejo odlične protimikrobne lastnosti proti bakterijam E. coli.
SEM posnetki sono-elektrokemično nanesenih premazov Cu-Sn-TiO2 pri gostoti katodnega toka 0,5 A/dm2 in 1,0 A/dm2.
(študija in slike: © Kharitonov et al., 2021)
Ultrazvočna sonda deluje kot elektroda. Ultrazvočni valovi spodbujajo elektrokemične reakcije, kar ima za posledico izboljšano učinkovitost, višje donose in hitrejše stopnje pretvorbe.
Sonoelektrokemija bistveno izboljša procese elektrodepozicije.
Visoko zmogljiva sonoelektrokemična oprema
Hielscher Ultrasonics dobavlja visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za zanesljivo in učinkovito sono-elektrodepozicijo / sonoelektroplating nanomaterialov. Paleta izdelkov vključuje ultrazvočne sisteme visoke moči, sonoelektrode, reaktorje in celice za vašo aplikacijo sono-elektrokemičnega nanašanja.
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Sonda ultrazvočnega UIP2000hdT deluje kot elektroda v sonoelektrokemični postavitvi za sintezo nanodelcev.
Literatura / Reference
- 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.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.