Depozitimi Sonoelektrokimik

Depozitimi sonoelektrokimik është teknikë sinteze, e cila kombinon sonokiminë dhe elektrokiminë, për një prodhim shumë efikas dhe miqësor ndaj mjedisit të nanomaterialeve. I njohur si i shpejtë, i thjeshtë dhe efektiv, depozitimi sonoelektrokimik lejon sintezën e kontrolluar nga forma të nanogrimcave dhe nanokompoziteve.

Sono-Elektrodpozimi i Nanogrimcave

Për depozitimin sonoeletrokimik (gjithashtu depozitimin sonoeletrokimik, elektroplating sonokimike ose elektrodepozitimin sonokimik) me qëllim të sintetizimit të nanogrimcave, përdoren si elektroda një ose dy sonda tejzanor (sonotrode ose brirë). Metoda e depozitimit sonoelektrokimik është shumë efikase, si dhe e thjeshtë dhe e sigurt për t'u përdorur, gjë që lejon sintetizimin e nanogrimcave dhe nanostrukturave në sasi të mëdha. Për më tepër, depozitimi sonoelektrokimik është një proces i intensifikuar, që do të thotë se sonikimi përshpejton procesin e elektrolizës në mënyrë që reaksioni të mund të kryhet në kushte më efikase.
Aplikimi i ultrazërit të fuqisë në pezullime rrit ndjeshëm proceset e transferimit të masës për shkak të rrjedhës makroskopike dhe forcave kavitacionale mikroskopike ndërfajëse. Në elektroda tejzanor (sono-elektroda), dridhjet tejzanor dhe kavitacioni largojnë vazhdimisht produktet e reagimit nga sipërfaqja e elektrodës. Duke hequr çdo depozitim pasivizues, sipërfaqja e elektrodës është vazhdimisht e disponueshme për sintezën e grimcave të reja.
Kavitacioni i gjeneruar me ultratinguj nxit formimin e nanogrimcave të lëmuara dhe uniforme të cilat shpërndahen në mënyrë homogjene në fazën e lëngshme.

Depozitimi Sonoelektrokimik i Nanogrimcave

Kur një fushë tejzanor aplikohet në një elektrolit të lëngshëm, fenomene të ndryshme të kavitacionit tejzanor, si rrjedhja akustike dhe mikro-aktivizimi, valët e goditjes, përmirësimi i transferimit masiv nga/në elektrodë dhe pastrimi i sipërfaqes (heqja e shtresave pasivizuese) nxisin proceset e elektrodepozitimit/elektrikimit . Efektet e dobishme të sonication në elektrodepozicion / elektroplating tashmë janë demonstruar për nanogrimca të shumta, duke përfshirë nanogrimcat metalike, nanogrimcat gjysmëpërçuese, nanogrimcat e predhave bërthamore dhe nanogrimcat e dopuara.
Nanogrimcat metalike të elektrodepozituara në mënyrë sonokimike si Cr, Cu dhe Fe tregojnë një rritje të ndjeshme të fortësisë, ndërsa Zn tregon rritje të rezistencës ndaj korrozionit.
Mastai etj. (1999) sintetizuan nanogrimcat CdSe nëpërmjet depozitimit sonoelektrokimik. Rregullimet e parametrave të ndryshëm elektrodepozitues dhe tejzanor lejojnë modifikimin e madhësisë së kristalit të nanogrimcave CdSe nga amorfe me rreze X deri në 9 nm (faza sfalerite).

Ashassi-Sorkhabi dhe Bagheri (2014) demonstruan avantazhet e sintezës sono-elektrokimike të polipirolit (PPy) në çelikun St-12 në një mjedis acid oksalik duke përdorur një teknikë galvanostatike me një densitet rrymë prej 4 mA/cm2. Aplikimi i drejtpërdrejtë i ultrazërit me frekuencë të ulët duke përdorur ultrasonikatorin UP400S çoi në struktura sipërfaqësore më kompakte dhe më homogjene të polipirolit. Rezultatet treguan se rezistenca e veshjes (Rcoat), rezistenca ndaj korrozionit (Rcorr) dhe rezistenca e Warburg e mostrave të përgatitura me ultratinguj ishin më të larta se ajo e polipirolit të sintetizuar jo tejzanor. Imazhet e mikroskopit elektronik skanues vizualizuan efektet pozitive të ultrazërit gjatë depozitimit elektronik në morfologjinë e grimcave: Rezultatet tregojnë se sinteza sonoelektrokimike jep veshje të forta ngjitëse dhe të lëmuara të polipirolit. Duke krahasuar rezultatet e sono-elektro-depozitimit me elektrodepozitimin konvencional, është e qartë se veshjet e përgatitura me metodën sonoelektrokimike kanë rezistencë më të lartë ndaj korrozionit. Sonicizimi i qelizës elektrokimike rezulton në transferim të zgjeruar të masës dhe në aktivizimin e sipërfaqes së elektrodës së punës. Këto efekte kontribuojnë në mënyrë të konsiderueshme në një sintezë shumë efikase dhe me cilësi të lartë të polipirolit.

Imazhet SEM të (a) PPy dhe (b) veshjeve polipirrole të depozituara sonoelektrokimiale (PPy-US) në çelikun St-12 (zmadhimi 7500×)
(studim dhe foto: © Ashassi-Sorkhabi dhe Bagheri, 2014)

Depozitimi Sonoelektrokimik i Nanokompoziteve

Kombinimi i ultrazërit me elektrodepozitimin është efikas dhe lejon një sintezë të lehtë të nanokompoziteve.
Kharitonov etj. (2021) sintetizuan veshje nanokompozite Cu-Sn-TiO2 me elektrodepozicion sonokimik nga një banjë me acid oksalik që përmban gjithashtu 4 g/dm3 TiO2 nën trazim mekanik dhe tejzanor. Trajtimi me ultratinguj u krye me ultrasonikatorin Hielscher UP200Ht me frekuencë 26 kHz dhe fuqi 32 W/dm3. Rezultatet treguan se trazimi tejzanor ul grumbullimin e grimcave TiO2 dhe lejon depozitimin e nanokompoziteve të dendur Cu-Sn-TiO2. Kur krahasohen me trazimin mekanik konvencional, veshjet Cu-Sn-TiO2 të depozituara nën sonikacion karakterizohen nga homogjenitet më i lartë dhe sipërfaqe më e lëmuar. Në nanokompozitet e sonikuara, shumica e grimcave TiO2 u ngulitën në matricën Cu-Sn. Futja e trazimit me ultratinguj përmirëson shpërndarjen sipërfaqësore të nanogrimcave TiO2 dhe pengon grumbullimin.
Është treguar se veshjet nanokompozite Cu-Sn-TiO2 të formuara nga elektrodepozicioni i asistuar me ultratinguj shfaqin veti të shkëlqyera antimikrobike kundër baktereve E. coli.

Imazhet SEM të veshjeve Cu-Sn-TiO2 të depozituara në mënyrë sono-elektrokimike me densitet të rrymës katodike prej 0,5 A/dm2 dhe 1,0 A/dm2.
(studim dhe fotografi: © Kharitonov et al., 2021)

Pajisje Sonoelektrokimike me Performancë të Lartë

Hielscher Ultrasonics furnizon pajisje ultrasonike me performancë të lartë për një elektrodepozicion të besueshëm dhe efikas të nanomaterialeve. Gama e produkteve përfshin sisteme ultratinguj me fuqi të lartë, sono-elektroda, reaktorë dhe qeliza për aplikimin tuaj të depozitimit sono-elektrokimik.