Sonoelektrokimyoviy choʻktirish

Sonoelektrokimyoviy choʻktirish – nanomateriallarni yuqori samaradorlik bilan va atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan tarzda ishlab chiqarish uchun sonokimyo va elektrokimyoni birlashtiradigan sintez usuli. Tez, sodda va samarali usul sifatida tanilgan sonoelektrokimyoviy choʻktirish nanozarrachalar va nanokompozitlarni ularning shaklini nazorat qilgan holda sintez qilish imkonini beradi.

Nanozarrachalarni sonoelektrolitik choʻktirish

Nanozarrachalarni sintez qilish maqsadida sonoelektrolitik choʻktirishda (shuningdek, sonoelektrokimyoviy choʻktirish, sonokimyoviy elektrolitik qoplash yoki sonokimyoviy elektrolitik choʻktirish deb ham ataladi) bitta yoki ikkita ultratovushli zond (sonotrod yoki shoxsimon ultratovush uzatgich) elektrod sifatida ishlatiladi. Sonoelektrokimyoviy choʻktirish usuli juda samarali, shuningdek, undan foydalanish sodda va xavfsiz boʻlib, nanozarrachalar va nanotuzilmalarni katta miqdorlarda sintez qilish imkonini beradi. Bundan tashqari, sonoelektrokimyoviy choʻktirish jadallashtirilgan jarayondir, yaʼni ultratovush bilan ishlov berish elektroliz jarayonini tezlashtiradi va shu orqali reaksiyani samaraliroq sharoitlarda olib borish imkonini beradi.
Suspenziyalarga yuqori quvvatli ultratovushni qoʻllash makroskopik oqimlar va fazalar chegarasidagi mikroskopik kavitatsion kuchlar tufayli massa almashinuvi jarayonlarini sezilarli darajada kuchaytiradi. Ultratovushli elektrodlarda (sonoelektrodlarda) ultratovush tebranishi va kavitatsiya reaksiya mahsulotlarini elektrod yuzasidan uzluksiz olib tashlaydi. Har qanday passivlashtiruvchi choʻkindilar olib tashlangani tufayli elektrod yuzasi yangi zarrachalar sintezi uchun doim mavjud boʻladi.
Ultratovush hosil qiladigan kavitatsiya suyuq fazada bir jinsli taqsimlangan, yuzasi silliq va bir xil nanozarrachalarning shakllanishiga yordam beradi.

Ultratovushli elektrolitik choʻktirish nanozarrachalar va nanotuzilmali materiallarni ishlab chiqarishning yuqori samarali usulidir.

Elektrodlar, yaʼni katod va anod sifatida ishlaydigan zondlarga ega 2x ultratovushli protsessor. Ultratovush tebranishi va kavitatsiya elektrokimyoviy jarayonlarni ragʻbatlantiradi.

Ushbu videoda elektrodga bevosita ultratovush bilan ishlov berishning elektr tokiga ijobiy ta’siri ko‘rsatilgan. Unda elektrokimyoviy ishlov uchun moslashtirilgan va titan elektrod/sonotrod bilan jihozlangan Hielscher UP100H (100 vatt, 30kHz) ultratovush gomogenizatori qo‘llaniladi. Suyultirilgan sulfat kislotaning elektrolizi natijasida vodorod va kislorod gazlari hosil bo‘ladi. Ultratovush bilan ishlov berish elektrod yuzasidagi diffuziya qatlami qalinligini kamaytiradi va elektroliz davomida massa almashinuvini yaxshilaydi.

Quyidagilarni sonokimyoviy elektrolitik choʻktirish:

Nanozarrachalar
Yadro–qobiq tuzilishidagi nanozarrachalar
Nanozarrachalar bilan bezatilgan tayanch
Nanotuzilmalar
Nanokompozitlar
Qoplamalar

Nanozarrachalarni sonoelektrokimyoviy choʻktirish

Suyuq elektrolitga ultratovush maydoni qoʻllanganda, akustik oqim va mikrooqimchalar, zarba toʻlqinlari, elektroddan/elektrodga massa almashinuvining kuchayishi va yuzaning tozalanishi (passivlashtiruvchi qatlamlarning olib tashlanishi) kabi turli ultratovush kavitatsiyasi hodisalari elektrolitik choʻktirish / elektrolitik qoplash jarayonlarini ragʻbatlantiradi. Ultratovush bilan ishlov berishning elektrolitik choʻktirish / elektrolitik qoplashga foydali taʼsiri koʻplab nanozarrachalar, jumladan, metall nanozarrachalar, yarimoʻtkazgich nanozarrachalar, yadro–qobiq tuzilishidagi nanozarrachalar va legirlangan nanozarrachalar uchun allaqachon koʻrsatilgan.
Cr, Cu va Fe kabi sonokimyoviy usulda elektrolitik choʻktirilgan metall nanozarrachalarning qattiqligi sezilarli darajada oshadi, Zn esa korroziyaga chidamlilikning oshishini koʻrsatadi.
Mastai va boshq. (1999) sonoelektrokimyoviy choʻktirish orqali CdSe nanozarrachalarini sintez qilgan. Elektrolitik choʻktirish va ultratovushning turli parametrlarini sozlash CdSe nanozarrachalarining kristall oʻlchamini rentgen nurlari boʻyicha amorf holatdan 9 nm gacha (sfalerit fazasi) oʻzgartirish imkonini beradi.

Ashassi-Sorkhabi va Bagheri (2014) 4 mA/cm2 tok zichligida galvanostatik usuldan foydalangan holda oksalat kislota muhitida St-12 poʻlatida polipirrolni (PPy) sonoelektrokimyoviy sintez qilishning afzalliklarini koʻrsatgan. UP400S ultratovush qurilmasi yordamida past chastotali ultratovushni bevosita qoʻllash polipirrol yuzasida zichroq va bir jinsliroq tuzilmalar hosil boʻlishiga olib kelgan. Natijalar ultratovush yordamida tayyorlangan namunalarning qoplama qarshiligi (Rcoat), korroziya qarshiligi (Rcorr) va Varburg qarshiligi ultratovushsiz sintez qilingan polipirrolnikidan yuqoriroq ekanini koʻrsatgan. Skanerlovchi elektron mikroskopiya tasvirlari elektrolitik choʻktirish paytida ultratovush bilan ishlov berishning zarrachalar morfologiyasiga ijobiy taʼsirini koʻrsatgan: natijalar sonoelektrokimyoviy sintez mustahkam yopishadigan va silliq polipirrol qoplamalarini hosil qilishini ochib beradi. Sonoelektrolitik choʻktirish natijalarini odatiy elektrolitik choʻktirish bilan solishtirganda, sonоelektrokimyo usulida tayyorlangan qoplamalarning korroziyaga chidamliligi yuqoriroq ekani aniq boʻladi. Elektrokimyoviy hujayraga ultratovush bilan ishlov berish massa almashinuvining kuchayishiga va ishchi elektrod yuzasining faollashishiga olib keladi. Ushbu taʼsirlar polipirrolning yuqori samarali va yuqori sifatli sinteziga sezilarli hissa qoʻshadi.

St-12 poʻlatida ultratovush yordamida elektrolitik choʻktirilgan polipirrol qoplamasi.

St-12 poʻlatidagi (a) PPy va (b) sonoelektrokimyoviy usulda choʻktirilgan polipirrol (PPy-US) qoplamalarining SEM tasvirlari (7500× kattalashtirish)
(tadqiqot va tasvirlar: © Ashassi-Sorkhabi va Bagheri, 2014)

Sonoelektrokimyoviy choʻktirish nanozarrachalar va nanotuzilmali materiallarni sintez qilishning yuqori samarali usulidir.

Sonokimyoviy elektrolitik choʻktirish nanozarrachalar, yadro–qobiq tuzilishidagi nanozarrachalar, nanozarrachalar bilan qoplangan tayanch va nanotuzilmali materiallarni ishlab chiqarish imkonini beradi.
(tasvir va tadqiqot: ©Islam va boshq. 2019)

Nanokompozitlarni sonoelektrokimyoviy choʻktirish

Ultratovush bilan ishlov berishni elektrolitik choʻktirish bilan birlashtirish samarali boʻlib, nanokompozitlarni oson sintez qilish imkonini beradi.
Kharitonov va boshq. (2021) qoʻshimcha ravishda 4 g/dm3 TiO2 saqlagan oksalat kislotali vannadan mexanik va ultratovushli aralashtirish sharoitida sonokimyoviy elektrolitik choʻktirish orqali nanokompozit Cu–Sn–TiO2 qoplamalarini sintez qilgan. Ultratovush bilan ishlov berish Hielscher UP200Ht ultratovush qurilmasi yordamida 26 kHz chastota va 32 W/dm3 quvvatda amalga oshirilgan. Natijalar ultratovushli aralashtirish TiO2 zarrachalarining aglomeratsiyasini kamaytirishini va zich Cu–Sn–TiO2 nanokompozitlarini choʻktirish imkonini berishini koʻrsatgan. Odatiy mexanik aralashtirish bilan solishtirganda, ultratovush bilan ishlov berish sharoitida choʻktirilgan Cu–Sn–TiO2 qoplamalari yuqoriroq bir jinslilik va silliqroq yuza bilan tavsiflanadi. Ultratovush bilan ishlov berilgan nanokompozitlarda TiO2 zarrachalarining aksariyati Cu–Sn matritsasiga singdirilgan. Ultratovushli aralashtirishni joriy etish TiO2 nanozarrachalarining yuzada taqsimlanishini yaxshilaydi va agregatsiyani toʻsqinlaydi.
Ultratovush yordamida elektrolitik choʻktirish orqali hosil qilingan nanokompozit Cu–Sn–TiO2 qoplamalari E. coli bakteriyalariga qarshi ajoyib antimikrob xususiyatlarni namoyon qilishi koʻrsatilgan.

Sonokimyoviy elektrolitik choʻktirish mis–qalay–titan dioksidi (Cu–Sn–TiO2) qoplamalari kabi nanomateriallarni ishlab chiqarish uchun qoʻllanadi. Tadqiqotda ultratovush uskunasi sifatida Hielscher UP200Ht ultratovush qurilmasidan foydalanilgan.

Katod tok zichligi 0,5 A/dm2 va 1,0 A/dm2 boʻlganda sonoelektrokimyoviy usulda choʻktirilgan Cu–Sn–TiO2 qoplamalarining SEM tasvirlari.
(tadqiqot va tasvirlar: © Kharitonov va boshq., 2021)

Yuqori unumli sonoelektrokimyoviy uskunalar

Hielscher Ultrasonics nanomateriallarni ishonchli va samarali sonoelektrolitik choʻktirish / sonoelektrolitik qoplash uchun yuqori unumli ultratovush uskunalarini yetkazib beradi. Mahsulotlar qatoriga sonoelektrokimyoviy choʻktirish jarayoningiz uchun yuqori quvvatli ultratovush tizimlari, sonoelektrodlar, reaktorlar va hujayralar kiradi.

Biz bilan bogʻlaning! / Bizga savol bering!

Nanozarrachalarni elektrolitik choʻktirish uchun UIP2000hdT ultratovushli zondiga ega oqimdagi sonoelektrokimyoviy reaktor

Ushbu videoda H-Cell elektrolizyor qurilmasida elektrodga bevosita ultratovush bilan ishlov berishning elektr tokiga ijobiy ta’siri ko‘rsatilgan. Unda elektrokimyoviy ishlov uchun moslashtirilgan va titan elektrod/sonotrod bilan jihozlangan Hielscher UP100H (100 vatt, 30kHz) ultratovush gomogenizatori qo‘llaniladi. Suyultirilgan sulfat kislotaning elektrolizi natijasida vodorod va kislorod gazlari hosil bo‘ladi. Ultratovush bilan ishlov berish elektrod yuzasidagi diffuziya qatlami qalinligini kamaytiradi va elektroliz davomida massa almashinuvini yaxshilaydi.

Tegishli mavzular

Adabiyotlar / Manbalar

Dmitry S. Kharitonov, Aliaksandr A. Kasach, Denis S. Sergievich, Angelika Wrzesińska, Izabela Bobowska, Kazimierz Darowicki, Artur Zielinski, Jacek Ryl, Irina I. Kurilo (2021): Ultrasonic-assisted electrodeposition of Cu-Sn-TiO2 nanocomposite coatings with enhanced antibacterial activity. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 75, 2021.
Ashassi-Sorkhabi, Habib; Bagheri, Robabeh (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology 2014.
Hyde, Michael; Compton, Richard (2002): How ultrasound influence the electrodeposition of metals. Journal of Electroanalytical Chemistry 531, 2002. 19-24.
Mastai, Y., Polsky, R., Koltypin, Y., Gedanken, A., & Hodes, G. (1999): Pulsed Sonoelectrochemical Synthesis of Cadmium Selenide Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, 121(43), 1999. 10047–10052.
Josiel Martins Costa, Ambrósio Florêncio de Almeida Neto (2020): Ultrasound-assisted electrodeposition and synthesis of alloys and composite materials: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 68, 2020.

Yuqori unumli ultratovush texnologiyasi! Hielscher mahsulotlari qatori ixcham laboratoriya ultratovush qurilmasidan stol usti qurilmalari orqali toʻliq sanoat miqyosidagi ultratovush tizimlarigacha boʻlgan barcha turlarni qamrab oladi.

Hielscher Ultrasonics yuqori unumli ultratovushli gomogenizatorlarni laboratoriya oʻlchamidan tortib sanoat oʻlchamigacha ishlab chiqaradi.