Соноелектрохемијско таложење превлака побољшаних нанододацима
Соноелектрохемијско таложење спаја ултразвук високог интензитета са галванским таложењем ради добијања густих, добро приањајућих превлака побољшаних нанододацима, са контролисаном микроструктуром. Снажно ултразвучно мешање и микрострујање непрекидно обнављају дифузиони слој и чисте/активирају површину електроде; као резултат тога, повећавају се транспорт јона и брзина нуклеације, зрна се уситњавају, порозност се смањује, а покривеност површина сложене геометрије се побољшава. Подједнако важно, соникација сондом диспергује и деагломерише нанододатке (карбиде, оксиде, деривате графена и друге), омогућавајући поновљиво кодепоновање нанокомпозита са металном матрицом који имају супериорну тврдоћу, отпорност на хабање и корозију и баријерна својства.
Како соникација побољшава електрохемијско таложење?
Hielscher соникатори са сондом испоручују високу густину акустичке енергије директно у електролит – док прецизна контрола амплитуде и радног циклуса, опције проточних реактора и робусне сонотроде подржавају стабилан хемијски састав купатила и повећање размере од стоних лабораторијских испитивања до континуалних индустријских линија. Процес соноелектрохемијског таложења омогућава бржи пренос масе без нарушавања уједначености, чистије међуфазне површине без агресивних хемијских средстава и фино дисперговане нанофазе без седиментације или смицања у млазници.
Ултразвучна сонда има функцију електроде. Ултразвучни таласи подстичу електрохемијске реакције, што доводи до побољшане ефикасности, већих приноса и брже конверзије.
Соноелектрохемија значајно побољшава процесе електродепозиције.
Практичне смернице за примену соноелектрохемијског таложења
Сви Hielscher соникатори омогућавају прецизну контролу амплитуде, а тиме и динамике кавитације и интензитета микрострујања.
Ултразвучно диспергујте наночестице – нпр. Al₂O₃ или угљенична нанопунила – у електролиту пре и током таложења. Континуално ултразвучно мешање спречава агломерацију у електролитичком систему и доводи до гушћих, уједначенијих превлака.
Састав електролитичког купатила, количина наночестица и температура додатни су параметри који утичу на процес соноелектрохемијског таложења.
Електрохемијска импедансна спектроскопија (EIS) и потенциодинамичка поларизација (PDP) комплементарне су стандардне технике за квантитативно одређивање корозије и својстава превлаке. Користите EIS са моделом са две временске константе (превлака + пренос наелектрисања) да бисте одредили Rcoat и Rct, а резултате потврдите помоћу PDP/Тафелове анализе. Обратите пажњу на повећање Rp, нестанак Варбургових карактеристика при ниској фреквенцији и ниже процењене вредности порозности; то су поуздани показатељи компактности постигнуте ултразвуком.
Прекомерни интензитет соникације може повећати храпавост површине, заробити гас и отежати кодепоновање или паковање полимера.
SEM снимци превлака (а) PPy и (б) соноелектрохемијски исталоженог полипирола (PPy-US) на челику St-12 (увећање 7500×)
(студија и слике: © Ashassi-Sorkhabi и Bagheri, 2014)
Соникатори високих перформанси за интензивирање електрохемијског таложења
Соникатори високих перформанси са сондом интензивирају електрохемијско таложење испоручујући високу густину акустичке енергије тачно тамо где је потребна: у међуелектродни простор. За разлику од ултразвучних купатила, ултразвучне сонде преносе ултразвучну снагу директно у електролит, стварајући снажну кавитацију, стањујући Нернстов дифузиони слој и одржавајући брз, постојан пренос масе чак и при високим густинама струје. Прецизна контрола амплитуде одржава константно акустичко поље под оптерећењем – што је кључно за поновљиве брзине нуклеације, уситњавање зрна и уједначену дебљину на површинама сложене геометрије. Подједнако важно, интензивно микрострујање диспергује и деагломерише нанододатке in situ, омогућавајући стабилно кодепоновање нанокомпозита са металном матрицом без седиментације или оштећења изазваних смицањем. Hielscher индустријски соникатори, сонотроде и проточни реактори подржавају континуалан рад, прецизну контролу времена задржавања и несметану интеграцију са филтрацијом, управљањем температуром и аналитиком у процесној линији.
Са Hielscher соноелектрохемијским системима добијате веће брзине таложења без нарушавања морфологије, мање дефеката изазваних гасом, супериорно приањање и превлаке са побољшаном тврдоћом и отпорношћу на хабање и корозију – све то се остварује. Све уз скалабилност и стабилност процеса по којима су Hielscher соникаторски системи познати.
Сонде ултразвучних процесора UIP2000hdT (2000 вати, 20kHz) служе као електроде за соноелектродепозицију наночестица
Пројектовање, производња и консалтинг – квалитет произведен у Немачкој
Hielscher ултразвучни уређаји познати су по највишим стандардима квалитета и дизајна. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни уређаји лако савладавају тешке услове и захтевна радна окружења.
Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и једноставношћу коришћења. Наравно, Hielscher ултразвучни уређаји усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.
Литература / Референце
- Habib Ashassi-Sorkhabi, Jafar Mostafaei, Amir Kazempour, Elnaz Asghari (2022): Ultrasonic-assisted deposition of Ni-P-Al2O3 coating for practical protection of mild steel: Influence of ultrasound frequency on the corrosion behavior of the coating. Chemical Revision Letters 5, 2022. 127-132.
- Habib Ashassi-Sorkhabi, Robabeh Bagheri, Babak Rezaei-moghadam (2014): Sonoelectrochemical Synthesis of PPy-MWCNTs-Chitosan Nanocomposite Coatings: Characterization and Corrosion Behavior. Journal of Materials Engineering and Performance 2014.
- McKenzie, Katy J.; Marken, Frank (2001): Direct electrochemistry of nanoparticulate Fe2O3 in aqueous solution and adsorbed onto tin-doped indium oxide. Pure and Applied Chemistry, Vol. 73, No. 12, 2001. 1885-1894.
- Maho, A., Detriche, S., Fonder, G., Delhalle, J. and Mekhalif, Z. (2014): Electrochemical Co‐Deposition of Phosphonate‐Modified Carbon Nanotubes and Tantalum on Nitinol. Chemelectrochem 1, 2014. 896-902.
- Yurdal, K.; Karahan, İ. H. (2017): A Cyclic Voltammetry Study on Electrodeposition of Cu-Zn Alloy Films: Effect of Ultrasonication Time. Acta Physica Polonica A, Vol. 132, Issue 3-II, 2017. 1087-1090.
Често постављана питања
Шта је електрохемијско таложење?
Безструјно таложење – које се назива и аутокаталитичко (хемијско) превлачење – представља формирање превлаке од метала или легуре без спољашње струје, хетерогеном хемијском редукцијом металних јона помоћу раствореног редукционог средства на каталитичкој површини. Након нуклеације, растући филм катализује даљу редукцију, па се таложење одвија уједначено на површинама сложене геометрије и – чак и након каталитичке активације (нпр. Pd/Sn) – на непроводним подлогама. Купатила садрже металну со, редукционо средство (нпр. хипофосфит, борхидрид или DMAB), комплексирајућа средства, пуфере, површински активне материје и стабилизаторе; брзина и састав зависе од температуре, pH и хидродинамике.
Шта је безструјно таложење?
Безструјно таложење – које се назива и аутокаталитичко или хемијско превлачење – процес је наношења металне превлаке (или превлаке од легуре) који се одвија без спољашње електричне струје. Уместо тога, растворено редукционо средство у купатилу хемијски редукује металне јоне на каталитичкој површини, тако да растући филм сам одржава реакцију (аутокатализа). Пошто расподела струје не учествује у процесу, дебљина је веома уједначена чак и на површинама сложене геометрије и унутар удубљења, а – након кратког корака активације површине (нпр. Pd/Sn) – могу се превлачити и непроводне подлоге.
Шта је Нернстов дифузиони слој?
Нернстов дифузиони слој је хипотетички непокретни слој уз површину електроде у којем се пренос масе одвија првенствено дифузијом. То је концепт који се у електрохемији користи за описивање градијента концентрације хемијске врсте у близини електроде током електрохемијске реакције.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за примене мешања, дисперговања, емулговања и екстракције у лабораторијској, пилотској и индустријској размери.