Sonoelectrohemijsko svrgavanje

Sonoelektrohemijsko taloženje je tehnika sinteze, koja kombinuje sonohemiju i elektrohemiju, za visoko efikasnu i ekološku proizvodnju nanomaterijala. Renome kao brz, jednostavan i efikasan, sonoelektrohemijsko taloženje omogućava sintezu nanočestica i nanokompozita pod kontrolom oblika.

Sono-Elektrodepozicija nanočestica

Za sonoelectrodeposition (takođe sonoeletrohemijsko taloženje, sonohemijsko elektroplatiranje ili sonohemijska elektrodepozicija) sa ciljem sintetizacije nanočestica, jedna ili dve ultrazvučne sonotrode ili rogovi) se koriste kao elektrode. Metoda sonoelektrohemijske deponacije je veoma efikasna kao i jednostavna i bezbedna za rad, što omogućava sintezu nanočestica i nanostruktura u velikim količinama. Pored toga, sonoelektrohemijsko svedočenje je intenziviran proces, što znači da sonication ubrzava proces elektrolize kako bi reakcija mogla da se pokrene pod efikasnijim uslovima.
Primena ultrazvuka snage na suspenzije značajno povećava procese masovnog prenosa zbog makroskopskog protoka i mikroskopskih međuverskih kavitacionih sila. Na ultrazvučnim elektrodama (sono-elektrodama), ultrazvučna vibracija i kavitacija neprekidno uklanjaju proizvode reakcije sa elektrodne površine. Uklanjanjem bilo kakvih prolaznih taloženja, elektrodna površina je neprekidno dostupna za novu sintezu čestica.
Ultrazvučno generisana kavitacija promoviše formiranje glatkih i ujednačenih nanočestica koje se homogeno rasporinišu u tečnoj fazi.

Sonoelectrohemijsko svrgavanje nanočestica

Kada se ultrazvučno polje primeni na tečni elektrolit, raznovrsni fenomeni ultrazvučne kavitacije kao što su akustički protok i mikro-mlaznjak, udarni talasi, masovno povećanje prenosa od/do elektrode i čišćenje površine (uklanjanje prolaznih slojeva) promovišu procese elektrodepozicije / elektroplatinga. Blagotvorno dejstvo sonication-a na elektrodepoziciju / elektroplatiranje već je demonstrirano za brojne nanočestice, uključujući metalik nanočestice, poluprovodnik nanočestice, nanočestice od jezgra i doped nanočestice.
Sonohemijski elektrodepozicionirani mettalični nanočestice kao što su Cr, Cu i Fe pokazuju značajan porast tvrdoće, dok Zn pokazuje povećanu otpornost na koroziju.
Mastai et al. (1999) synthesized CdSe nanoparticles via sonoelectrochemical deposition. Podešavanja različitih elektrodepozicija i ultrazvučnih parametara omogućavaju modifikovanje kristalne veličine CdSe nanočestica od rendgenskog amorfnog do 9 nm (faza sphalerite).

Ashassi-Sorkhabi i Bagheri (2014) demonstrirali su prednosti sono-elektrohemijske sinteze polipyrrole (PPy) na st-12 čeliku u oksaličnom kiselinskom medijumu koristeći galvanostatičnu tehniku sa trenutnom gustinom od 4 mA/cm2. Direktna primena ultrazvuka niske frekvencije pomoću ultrazvučnog UP400S dovela je do kompaktnijih i homogenijih površinskih struktura polipyrrole. Rezultati su pokazali da su otpornost na premaz (Rcoat), otpornost na koroziju (Rcorr) i Varburg otpor ultrazvučno pripremljenih uzoraka bili veći od otpora ne-ultrazvučno sintetizovanog polipirola. Slike skeniranja elektronske mikroskopije vizuelizovale su pozitivne efekte ultrazvučnosti tokom elektrodepozicije na morfologiju čestica: Rezultati otkrivaju da sinelektrohemijska sinteza daje snažno pridržavanje i glatke premaze polipirole. Upoređujući rezultate sono-elektro-taloženja sa konvencionalnom elektrodepozicijom, jasno je da premazi pripremljeni metodom sonoelektrohemije imaju veću otpornost na koroziju. Sonicija elektrohemijske ćelije rezultira poboljšanim masovnim prenosom i aktiviranjem površine radne elektrode. Ovi efekti značajno doprinose visoko efikasnoj, visokokvalitetnoj sintezi polipriola.

SEM images of (a) PPy and (b) sonoelectrochemial deposited polypyrrole (PPy-US) coatings on St-12 steel (magnification of 7500×)
(studija i slike: © Ashassi-Sorkhabi i Bagheri, 2014)

Sonoelectrohemijsko svrgavanje nanokompozita

Kombinacija ultrazvučnosti sa elektrodepozicijom je efikasnost i omogućava sintezu facile nanokompozitivnosti.
Kharitonov et al. (2021) synthesized nanocomposite Cu–Sn–TiO2 coatings by sonochemical electrodeposition from an oxalic acid bath additionally containing 4 g/dm3 TiO2 under mechanical and ultrasonic agitation. Ultrazvučni tretman je obavljen hielscher ultrazvučnim UP200Ht na 26 kHz frekvenciji i 32 W/dm3 snage. Rezultati su pokazali da ultrazvučna agitacija smanjuje aglomeraciju TiO2 čestica i omogućava taloženje gustih Cu–Sn–TiO2 nanokompatijata. U poređenju sa konvencionalnom mehaničkom agitacijom, premazi Cu–Sn–TiO2 koji se talože pod sonikacijom karakterišu veću homogenost i glatku površinu. U soničnim nanokompozitima, većina TiO2 čestica je ugrađena u cu–Sn matricu. Uvođenje ultrazvučne agitacije poboljšava površinsku raspodelu TiO2 nanočestica i ometa agregaciju.
Vidi se da nanokompozitivni Cu–Sn–TiO2 premazi formirani ultrazvučnom elektrodepozicijom ispoljavaju odlična antimikrobna svojstva protiv bakterija E. coli.

SEM slike sono-elektrohemijski deponovanih Cu–Sn–TiO2 premaza u katodičnoj trenutnoj gustini od 0,5 A/dm2 i 1,0 A/dm2.
(study and pictures: © Kharitonov et al., 2021)

Sonoelektrohemijska oprema visokih performansi

Hielscher Ultrasonics snabdeva ultrazvučnom opremom visokih performansi za pouzdanu i efikasnu sono-elektrodepoziciju / sonoelektroplaciju nanomaterijala. Asortiman proizvoda uključuje ultrazvučne sisteme velike snage, sono-elektrode, reaktore i ćelije za vašu sono-elektrohemijsku aplikaciju za deponaciju.