Depozitimi sonоelektrokimik

Depozitimi sonoelektrokimik është një teknikë sinteze që kombinon sonokiminë dhe elektrokiminë për prodhimin shumë efikas dhe miqësor ndaj mjedisit të nanomaterialeve. I njohur si i shpejtë, i thjeshtë dhe efektiv, depozitimi sonoelektrokimik mundëson sintezën e nanogrimcave dhe nanokompoziteve me formë të kontrolluar.

Sonoelektrodepozitimi i nanogrimcave

Për sonoelektrodepozitimin (i quajtur edhe depozitim sonoelektrokimik, veshje galvanike sonokimike ose elektrodepozitim sonokimik) me qëllim sintezën e nanogrimcave, përdoren si elektroda një ose dy sonda ultrasonike (sonotroda ose brirë ultrasonikë). Metoda e depozitimit sonoelektrokimik është shumë efikase, si edhe e thjeshtë dhe e sigurt në përdorim, çka mundëson sintezën 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.
Zbatimi i ultratingujve me fuqi të lartë në suspensione rrit ndjeshëm proceset e transferimit të masës falë rrjedhjes makroskopike dhe forcave mikroskopike të kavitacionit në ndërfaqe. Në elektrodat ultrasonike (sonoelektrodat), dridhjet ultrasonike dhe kavitacioni largojnë vazhdimisht produktet e reaksionit nga sipërfaqja e elektrodës. Duke larguar çdo depozitim pasivizues, sipërfaqja e elektrodës mbetet vazhdimisht e disponueshme për sintezën e grimcave të reja.
Kavitacioni i gjeneruar nga ultratingujt 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 ultrasonike zbatohet në një elektrolit të lëngshëm, dukuri të ndryshme të kavitacionit ultrasonik, si rrjedhja akustike dhe formimi i mikrorrymave në formë çurgjesh, valët goditëse, përmirësimi i transferimit të masës nga/drejt elektrodës dhe pastrimi i sipërfaqes (largimi i shtresave pasivizuese), nxisin proceset e elektrodepozitimit / veshjes galvanike. Efektet e dobishme të sonikimit në elektrodepozitim / veshje galvanike janë demonstruar tashmë për shumë nanogrimca, përfshirë nanogrimcat metalike, nanogrimcat gjysmëpërçuese, nanogrimcat me bërthamë dhe mbështjellës dhe nanogrimcat e dopuara.
Nanogrimcat metalike të elektrodepozituara në mënyrë sonokimike, si Cr, Cu dhe Fe, shfaqin një rritje të ndjeshme të fortësisë, ndërsa Zn shfaq rezistencë më të lartë ndaj korrozionit.
Mastai et al. (1999) sintetizuan nanogrimca CdSe përmes depozitimit sonoelektrokimik. Rregullimi i parametrave të ndryshëm të elektrodepozitimit dhe të ultratingujve lejon ndryshimin e madhësisë së kristaleve të nanogrimcave CdSe nga gjendja amorfe sipas rrezeve X deri në 9 nm (faza e sfaleritit).

Ashassi-Sorkhabi dhe Bagheri (2014) demonstruan përparësitë e sintezës sonoelektrokimike të polipirolit (PPy) mbi çelik St-12 në një mjedis acidi oksalik, duke përdorur një teknikë galvanostatike me dendësi rryme prej 4 mA/cm2. Zbatimi i drejtpërdrejtë i ultratingujve me frekuencë të ulët duke përdorur pajisjen ultrasonike 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 Warburg e mostrave të përgatitura me ultratinguj ishin më të larta se ato të polipirolit të sintetizuar pa ultratinguj. Imazhet e mikroskopisë elektronike me skanim paraqitën efektet pozitive të trajtimit me ultratinguj gjatë elektrodepozitimit mbi morfologjinë e grimcave: rezultatet zbulojnë se sinteza sonoelektrokimike jep veshje polipiroli me ngjitje të fortë dhe sipërfaqe të lëmuar. Duke krahasuar rezultatet e sonoelektrodepozitimit me elektrodepozitimin konvencional, është e qartë se veshjet e përgatitura me metodën e sonoelektrokimisë kanë rezistencë më të lartë ndaj korrozionit. Sonikimi i qelizës elektrokimike sjell përmirësim të transferimit të masës dhe aktivizim të sipërfaqes së elektrodës së punës. Këto efekte kontribuojnë ndjeshëm në një sintezë shumë efikase dhe me cilësi të lartë të polipirolit.

Imazhe SEM të veshjeve mbi çelik St-12: (a) PPy dhe (b) polipirol i depozituar në mënyrë sonoelektrokimike (PPy-US) (zmadhim 7500×)
(studimi dhe fotografitë: © Ashassi-Sorkhabi dhe Bagheri, 2014)

Depozitimi sonoelektrokimik i nanokompoziteve

Kombinimi i trajtimit me ultratinguj me elektrodepozitimin është efikas dhe mundëson sintezën e lehtë të nanokompoziteve.
Kharitonov et al. (2021) sintetizuan veshje nanokompozite Cu–Sn–TiO2 me elektrodepozitim sonokimik nga një banjë acidi oksalik që përmbante gjithashtu 4 g/dm3 TiO2, nën përzierje mekanike dhe ultrasonike. Trajtimi me ultratinguj u krye me pajisjen ultrasonike Hielscher UP200Ht në frekuencë 26 kHz dhe fuqi 32 W/dm3. Rezultatet demonstruan se përzierja ultrasonike zvogëlon aglomerimin e grimcave TiO2 dhe mundëson depozitimin e nanokompoziteve të dendura Cu–Sn–TiO2. Krahasuar me përzierjen mekanike konvencionale, veshjet Cu–Sn–TiO2 të depozituara gjatë sonikimit karakterizohen nga homogjenitet më i lartë dhe sipërfaqe më e lëmuar. Në nanokompozitet e sonikuara, shumica e grimcave TiO2 ishin të inkorporuara në matricën Cu–Sn. Përdorimi i përzierjes me ultratinguj përmirëson shpërndarjen sipërfaqësore të nanogrimcave TiO2 dhe pengon agregimin.
Është treguar se veshjet nanokompozite Cu–Sn–TiO2 të formuara me elektrodepozitim të asistuar nga ultratingujt shfaqin veti të shkëlqyera antimikrobike kundër baktereve E. coli.

Imazhe SEM të veshjeve Cu–Sn–TiO2 të depozituara në mënyrë sonoelektrokimike me dendësi të rrymës katodike prej 0,5 A/dm2 dhe 1,0 A/dm2.
(studimi dhe fotografitë: © Kharitonov et al., 2021)

Pajisje sonoelektrokimike me performancë të lartë

Hielscher Ultrasonics ofron pajisje ultrasonike me performancë të lartë për sonoelektrodepozitim / veshje galvanike sonoelektrokimike të besueshme dhe efikase të nanomaterialeve. Gama e produkteve përfshin sisteme ultrasonike me fuqi të lartë, sonoelektroda, reaktorë dhe qeliza për aplikimin tuaj të depozitimit sonoelektrokimik.