Lắng đọng sonoelectrochemical

Lắng đọng sonoelectrochemical là kỹ thuật tổng hợp, kết hợp sonochemistry và điện hóa học, để sản xuất vật liệu nano hiệu quả cao và thân thiện với môi trường. Nổi tiếng là sự lắng đọng nhanh chóng, đơn giản và hiệu quả, sonoelectrochemical cho phép tổng hợp kiểm soát hình dạng của các hạt nano và nanocomposites.

Sono-Electrodeposition của hạt nano

Đối với sonoelectrodeposition (cũng là lắng đọng sonoeletrochemical, mạ điện sonochemical, hoặc điện định vị sonochemical) với mục đích tổng hợp các hạt nano, một hoặc hai đầu dò siêu âm (sonotrodes hoặc sừng) được sử dụng làm điện cực. Phương pháp lắng đọng sonoelectrochemical có hiệu quả cao cũng như vận hành đơn giản và an toàn, cho phép tổng hợp các hạt nano và cấu trúc nano với số lượng lớn. Ngoài ra, lắng đọng sonoelectrochemical là một quá trình tăng cường, có nghĩa là sonication đẩy nhanh quá trình điện phân để phản ứng có thể được chạy trong điều kiện hiệu quả hơn.
Áp dụng siêu âm điện cho hệ thống treo làm tăng đáng kể quá trình truyền khối lượng do phát trực tuyến vĩ mô và lực cavitational kính hiển vi. Trên các điện cực siêu âm (điện cực sono), rung động siêu âm và xâm thực liên tục loại bỏ các sản phẩm phản ứng khỏi bề mặt điện cực. Bằng cách loại bỏ bất kỳ sự lắng đọng thụ động nào, bề mặt điện cực liên tục có sẵn để tổng hợp hạt mới.
Cavitation tạo siêu âm thúc đẩy sự hình thành các hạt nano mịn và đồng đều được phân phối đồng nhất trong pha lỏng.

Sự lắng đọng sonoelectrochemical của các hạt nano

Khi một trường siêu âm được áp dụng cho chất điện phân lỏng, các hiện tượng xâm thực siêu âm đa dạng như phát trực tuyến âm thanh và phun vi mô, sóng xung kích, tăng cường truyền khối lượng từ / đến điện cực và làm sạch bề mặt (loại bỏ các lớp thụ động) thúc đẩy quá trình điện cực / mạ điện. Các tác dụng có lợi của sonication trên điện định vị / mạ điện đã được chứng minh cho nhiều hạt nano, bao gồm các hạt nano kim loại, hạt nano bán dẫn, hạt nano vỏ lõi và hạt nano pha tạp.
Các hạt nano mettalic điện hóa siêu âm như Cr, Cu và Fe cho thấy sự gia tăng đáng kể về độ cứng, trong khi Zn cho thấy khả năng chống ăn mòn tăng lên.
Mastai et al. (1999) tổng hợp các hạt nano CdSe thông qua lắng đọng sonoelectrochemical. Điều chỉnh các thông số điện cực và siêu âm khác nhau cho phép sửa đổi kích thước tinh thể của các hạt nano CdSe từ vô định hình tia X lên đến 9 nm (pha sphalerite).

Ashassi-Sorkhabi và Bagheri (2014) đã chứng minh những lợi thế của tổng hợp điện hóa sono của polypyrrole (PPy) trên thép St-12 trong môi trường axit oxalic bằng cách sử dụng kỹ thuật tĩnh điện với mật độ dòng điện là 4 mA / cm2. Ứng dụng trực tiếp của siêu âm tần số thấp bằng cách sử dụng ultrasonicator UP400S dẫn đến các cấu trúc bề mặt nhỏ gọn hơn và đồng nhất hơn của polypyrrole. Kết quả cho thấy rằng khả năng chống lớp phủ (Rcoat), chống ăn mòn (Rcorr) và khả năng chống Warburg của các mẫu được chuẩn bị siêu âm cao hơn so với polypyrrole tổng hợp không siêu âm. Hình ảnh của kính hiển vi điện tử quét hình dung những tác động tích cực của ultrasonication trong quá trình định vị điện cực trên hình thái hạt: Kết quả cho thấy rằng sự tổng hợp sonoelectrochemical mang lại lớp phủ bám dính mạnh mẽ và mịn màng của polypyrrole. So sánh kết quả lắng đọng sono-electro-với điện cực thông thường, rõ ràng là các lớp phủ được điều chế bằng phương pháp sonoelectrochemistry có khả năng chống ăn mòn cao hơn. Sonication của tế bào điện hóa dẫn đến tăng cường chuyển khối lượng và kích hoạt bề mặt của điện cực làm việc. Những hiệu ứng này góp phần đáng kể vào sự tổng hợp polypyrrole hiệu quả cao, chất lượng cao.

Hình ảnh SEM của (a) lớp phủ PPy và (b) sonoelectrochemial lắng đọng polypyrrole (PPy-US) trên thép St-12 (độ phóng đại 7500×)
(nghiên cứu và hình ảnh: © Ashassi-Sorkhabi và Bagheri, 2014)

Lắng đọng sonoelectrochemical của Nanocomposites

Sự kết hợp của ultrasonication với điện định vị là hiệu quả và cho phép cho một tổng hợp dễ dàng của nanocomposites.
Kharitonov et al. (2021) tổng hợp lớp phủ nanocomposite Cu – Sn – TiO2 bằng cách định vị điện hóa học từ bồn tắm axit oxalic cũng chứa 4 g / dm3 TiO2 dưới sự khuấy trộn cơ học và siêu âm. Điều trị siêu âm được thực hiện với ultrasonicator Hielscher UP200Ht ở tần số 26 kHz và công suất 32 W / dm3. Kết quả đã chứng minh rằng kích động siêu âm làm giảm sự kết tụ của các hạt TiO2 và cho phép lắng đọng các vật liệu nano Cu–Sn – TiO2 dày đặc. Khi so sánh với kích động cơ học thông thường, lớp phủ Cu–Sn–TiO2 lắng đọng dưới sonication được đặc trưng bởi tính đồng nhất cao hơn và bề mặt mịn hơn. Trong các nanocomposites sonicated, phần lớn các hạt TiO2 đã được nhúng vào ma trận Cu-Sn. Sự ra đời của kích động siêu âm cải thiện sự phân bố bề mặt của các hạt nano TiO2 và cản trở sự kết tụ.
Nó được chỉ ra rằng lớp phủ nanocomposite Cu – Sn – TiO2 được hình thành bởi điện cực hỗ trợ siêu âm thể hiện đặc tính kháng khuẩn tuyệt vời chống lại vi khuẩn E. coli.

Hình ảnh SEM của lớp phủ Cu – Sn – TiO2 lắng đọng điện hóa sono ở mật độ dòng catốt là 0,5 A / dm2 và 1,0 A / dm2.
(nghiên cứu và hình ảnh: © Kharitonov và cộng sự, 2021)

Thiết bị điện hóa Sonoelectrochemical hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị siêu âm hiệu suất cao cho một sono-electrodeposition / sonoelectroplating đáng tin cậy và hiệu quả của vật liệu nano. Phạm vi sản phẩm bao gồm hệ thống siêu âm công suất cao, điện cực sono, lò phản ứng và tế bào cho ứng dụng lắng đọng điện hóa sono của bạn.