Sonoelektrokemisk deponering

Sonoelektrokemisk deposition är syntesteknik, som kombinerar sonokemi och elektrokemi, för en mycket effektiv och miljövänlig produktion av nanomaterial. Sonoelektrokemisk deposition är känd som snabb, enkel och effektiv och möjliggör formkontrollerad syntes av nanopartiklar och nanokompositer.

Sono-elektrodeposition av nanopartiklar

För sonoelektrodeposition (även sonoeletrokemisk avsättning, sonokemisk elektroplätering eller sonokemisk elektrodeposition) i syfte att syntetisera nanopartiklar används en eller två ultraljudssonder (sonotroder eller horn) som elektroder. Metoden för sonoelektrokemisk deponering är mycket effektiv såväl som enkel och säker att använda, vilket gör det möjligt att syntetisera nanopartiklar och nanostrukturer i stora mängder. Dessutom är sonoelektrokemisk avsättning en intensifierad process, vilket innebär att ultraljudsbehandling påskyndar elektrolysprocessen så att reaktionen kan köras under mer effektiva förhållanden.
Att applicera ultraljud på suspensioner ökar massöverföringsprocesserna avsevärt på grund av makroskopisk strömning och mikroskopiska interfaciala kavitationskrafter. På ultraljudselektroder (sono-elektroder) tar ultraljudsvibration och kavitation kontinuerligt bort reaktionsprodukterna från elektrodytan. Genom att avlägsna eventuella passiverande avsättningar är elektrodytan kontinuerligt tillgänglig för ny partikelsyntes.
Ultraljudsgenererad kavitation främjar bildandet av släta och enhetliga nanopartiklar som är homogent fördelade i vätskefasen.

Sonoelektrokemisk deponering av nanopartiklar

När ett ultraljudsfält appliceras på en flytande elektrolyt, olika ultraljud kavitation fenomen såsom akustisk streaming och mikro-jetting, chockvågor, massöverföring förbättring från / till elektroden och ytrengöring (avlägsnande av passiverande skikt) främja elektrodeposition / galvanisering processer. De positiva effekterna av ultraljudsbehandling på elektrodeposition / elektroplätering har redan visats för många nanopartiklar, inklusive metalliska nanopartiklar, halvledarnanopartikel, kärnskal nanopartiklar och dopade nanopartiklar.
Sonokemiskt elektrodeponerade metriska nanopartiklar som Cr, Cu och Fe visar en signifikant ökning av hårdheten, medan Zn visar ökad korrosionsbeständighet.
(1999) syntetiserade CdSe-nanopartiklar via sonoelektrokemisk deponering. Justeringar av olika elektrodepositions- och ultraljudsparametrar gör det möjligt att modifiera kristallstorleken på CdSe-nanopartiklarna från röntgenamorf upp till 9 nm (sphaleritfas).

Ashassi-Sorkhabi och Bagheri (2014) demonstrerade fördelarna med sono-elektrokemisk syntes av polypyrrol (PPy) på St-12-stål i ett oxalsyramedium med hjälp av en galvanostatisk teknik med en strömtäthet på 4 mA/cm2. Direkt tillämpning av lågfrekvent ultraljud med ultrasonicator UP400S ledde till mer kompakta och mer homogena ytstrukturer av polypyrrol. Resultaten visade att beläggningsbeständigheten (Rcoat), korrosionsbeständighet (Rcorr) och Warburg-resistens hos ultraljud beredda prover var högre än för icke-ultraljud syntetiserade polypyrrol. Bilder av svepelektronmikroskopi visualiserade de positiva effekterna av ultraljud under elektrodeposition på partikelmorfologin: Resultaten avslöjar att den sonoelektrokemiska syntesen ger starkt vidhäftande och släta beläggningar av polypyrrol. Genom att jämföra resultaten av sono-elektrodeposition med konventionell elektrodeposition är det uppenbart att beläggningar framställda med sonoelektrokemimetoden har högre korrosionsbeständighet. Ultraljudsbehandling av den elektrokemiska cellen resulterar i förbättrad massöverföring och aktivering av ytan av arbetselektroden. Dessa effekter bidrar avsevärt till en mycket effektiv, högkvalitativ syntes av polypyrrol.

SEM-bilder av (a) PPy och (b) sonoelektrokemiella avsatta polypyrrolbeläggningar (PPy-US) på St-12-stål (förstoring på 7500×)
(studie och bilder: © Ashassi-Sorkhabi och Bagheri, 2014)

Sonoelektrokemisk deponering av nanokompositer

Kombinationen av ultraljud med elektrodeposition är effektiv och möjliggör en enkel syntes av nanokompositer.
(2021) syntetiserade nanokomposit Cu–Sn–TiO2-beläggningar genom sonokemisk elektrodeposition från ett oxalsyrabad som dessutom innehåller 4 g/dm3 TiO2 under mekanisk och ultraljudsomrörning. Ultraljud behandling utfördes med Hielscher ultrasonicator UP200Ht vid 26 kHz frekvens och 32 W / dm3 effekt. Resultaten visade att ultraljud agitation minskar agglomeration av TiO2 partiklar och möjliggör avsättning av täta Cu–Sn–TiO2 nanokompositer. Jämfört med konventionell mekanisk omrörning kännetecknas Cu–Sn–TiO2-beläggningarna avsatta under ultraljudsbehandling av högre homogenitet och jämnare yta. I de sonikerade nanokompositerna var majoriteten av TiO2-partiklarna inbäddade i Cu–Sn-matrisen. Införandet av ultraljudsomrörning förbättrar ytfördelningen av TiO2-nanopartiklarna och hindrar aggregering.
Det visas att nanokomposit Cu–Sn–TiO2 beläggningar som bildas av ultraljudsassisterad elektrodeposition uppvisar utmärkta antimikrobiella egenskaper mot E. coli-bakterier.

SEM-bilder av sono-elektrokemiskt avsatta Cu–Sn–TiO2-beläggningar vid katodisk strömtäthet på 0,5 A/dm2 och 1,0 A/dm2.
(studie och bilder: © Kharitonov et al., 2021)

Högpresterande Sonoelectrochemical Equipment

Hielscher Ultrasonics levererar högpresterande ultraljud utrustning för en pålitlig och effektiv sono-elektrodeposition / sonoelektroplätering av nanomaterial. Produktsortimentet inkluderar ultraljudssystem med hög effekt, sonoelektroder, reaktorer och celler för din sono-elektrokemiska deponeringsapplikation.