PL249059B1 - Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus - Google Patents

Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus

Info

Publication number
PL249059B1
PL249059B1 PL446474A PL44647423A PL249059B1 PL 249059 B1 PL249059 B1 PL 249059B1 PL 446474 A PL446474 A PL 446474A PL 44647423 A PL44647423 A PL 44647423A PL 249059 B1 PL249059 B1 PL 249059B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
meniscus
solution
substrate
tube
electrochemical reaction
Prior art date
Application number
PL446474A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL446474A1 (en
Inventor
Jakub RYSZ
Jakub Rysz
Maciej MICHALIK
Maciej Michalik
Jakub Wilgocki-Ślęzak
Paweł Dąbczyński
Kamil AWSIUK
Kamil Awsiuk
Original Assignee
Univ Jagiellonski
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Jagiellonski filed Critical Univ Jagiellonski
Priority to PL446474A priority Critical patent/PL249059B1/en
Priority to PCT/EP2024/079967 priority patent/WO2025087978A1/en
Publication of PL446474A1 publication Critical patent/PL446474A1/en
Publication of PL249059B1 publication Critical patent/PL249059B1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D9/00—Electrolytic coating other than with metals
    • C25D9/04—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials
    • C25D9/08—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials by cathodic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C1/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating
    • B05C1/04—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length
    • B05C1/08—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a roller or other rotating member which contacts the work along a generating line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/28—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by transfer from the surfaces of elements carrying the liquid or other fluent material, e.g. brushes, pads, rollers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/14—Decomposition by irradiation, e.g. photolysis, particle radiation or by mixed irradiation sources
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/002—Cell separation, e.g. membranes, diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12—Shape or form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/04—Electroplating with moving electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

Urządzenie do prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku, zawierające układ prowadzący do przesuwania na podłożu roztworu tworzącego menisk, charakteryzuje się tym, że: układ prowadzący zawiera dwie nieruchome, styczne i równoległe względem siebie rurki (31, 32), wykonane z materiału nieprzewodzącego prądu elektrycznego, w przestrzeni pomiędzy dolnymi częściami przystających do siebie bocznych powierzchni rurek (31, 32) znajduje się, ograniczona dolną membraną (35) przyległą do dolnych części powierzchni bocznych rurek (31, 32), komora z materiałem (34) utrzymującym potencjał jonowy, pomiędzy rurkami (31, 32) zamontowany jest pręt (33) zanurzony w materiale (34) utrzymującym potencjał jonowy, przy czym membrana (35) jest wykonana z materiału umożliwiającego wymianę jonową pomiędzy roztworem w menisku a prętem (33); na powierzchni drugiej rurki (32), na wysokości pomiędzy membraną (35) a dolnym krańcem drugiej rurki (32) znajduje się przewodzący elektrycznie pasek (38); do potencjostatu (41), jako elektroda pracująca, podłączone jest podłoże, jako elektroda referencyjna podłączony jest pręt (33), a jako przeciwelektroda jest podłączony pasek (38). Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwnym menisku.A device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus, comprising a guiding system for moving a solution forming a meniscus on a substrate, is characterized in that: the guiding system comprises two stationary, tangential and parallel tubes (31, 32) made of a material that does not conduct electricity, in the space between the lower parts of the congruent side surfaces of the tubes (31, 32) there is a chamber with a material (34) maintaining an ionic potential, limited by a lower membrane (35) adjacent to the lower parts of the side surfaces of the tubes (31, 32), a rod (33) immersed in a material (34) maintaining an ionic potential is mounted between the tubes (31, 32), wherein the membrane (35) is made of a material that enables ion exchange between the solution in the meniscus and the rod (33); on the surface of the second tube (32), at a height between the membrane (35) and the lower end of the second tube (32), there is an electrically conductive strip (38); a substrate is connected to the potentiostat (41) as a working electrode, a rod (33) is connected as a reference electrode, and a strip (38) is connected as a counter electrode. The subject of the application is also a method of conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku oraz sposób prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku, w szczególności metodą trójelektrodową.The subject of the invention is a device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and a method of conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus, in particular by the three-electrode method.

Przedstawione tu urządzenie i sposób są szczególnie przydatne do otrzymywania struktur (zarówno z materiałów nieorganicznych jak i organicznych) o kontrolowanym kształcie, grubości i/lub szerokości na różnego rodzaju podłożach przewodzących. Przykładowo, znajdują zastosowanie w produkcji podłoży ze ścieżkami przewodzącymi, jak również wielkopowierzchniowych urządzeń „plastikowej” elektroniki i ogniw słonecznych, powierzchni antyodbiciowych, powierzchni katalitycznych, powłok superhydrofobowych, mikromacierzy białkowych czy podłoży do hodowli komórkowych.The device and method presented here are particularly useful for obtaining structures (from both inorganic and organic materials) of controlled shape, thickness, and/or width on various types of conductive substrates. For example, they find applications in the production of substrates with conductive paths, as well as large-area "plastic" electronics and solar cells, antireflective surfaces, catalytic surfaces, superhydrophobic coatings, protein microarrays, and cell culture substrates.

Z publikacji międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2019179794A1 znane jest urządzenie zawierające platformę na podłoże, element prowadzący, ruchomy względem platformy do rozciągania cieczy na podłożu w menisk, oraz układ aktywujący do wywoływania reakcji elektrochemicznej w cieczy w menisku, sprzężony z elementem prowadzącym. Element prowadzący jest pojedynczą bryłą, która może być walcem lub bryłą asymetryczną obrotowo. W rozwiązaniu tym występują dwie elektrody: pierwszą elektrodę stanowi przewodząca warstwa na podłożu, a drugą elektrodę stanowi element prowadzący menisk. Rozwiązanie takie ma pewne ograniczenia, gdyż potencjał osadzania wyraźnie się zmienia wraz z odległością od elektrody uziemiającej przyłączonej na jednym z końców podłoża. Może to prowadzić do trudności w uzyskaniu jednolitych parametrów reakcji w trakcie prowadzenia procesu.International patent application WO2019179794A1 discloses a device comprising a platform for a substrate, a guide element movable relative to the platform for stretching a liquid on the substrate into a meniscus, and an activation system coupled to the guide element for inducing an electrochemical reaction in the liquid in the meniscus. The guide element is a single body, which can be a cylinder or a rotationally asymmetric body. This solution employs two electrodes: the first electrode is a conductive layer on the substrate, and the second electrode is a meniscus guide element. This solution has certain limitations, as the deposition potential varies significantly with distance from a grounding electrode attached to one end of the substrate. This can lead to difficulties in achieving uniform reaction parameters during the process.

Celowym byłoby zatem usprawnienie znanych rozwiązań w zakresie prowadzenia reakcji elektrochemicznych w przesuwanym menisku, tak aby zapewnić większą stabilność prowadzonego procesu.It would therefore be advisable to improve the known solutions for conducting electrochemical reactions in a sliding meniscus in order to ensure greater stability of the process.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku, zawierające układ prowadzący do przesuwania na podłożu roztworu tworzącego menisk, charakteryzujące się tym, że: układ prowadzący zawiera dwie nieruchome, styczne i równoległe względem siebie rurki wykonane z materiału nieprzewodzącego prądu elektrycznego, w przestrzeni pomiędzy dolnymi częściami przystających do siebie bocznych powierzchni rurek znajduje się, ograniczona dolną membraną przyległą do dolnych części powierzchni bocznych rurek, komora z materiałem utrzymującym potencjał jonowy, pomiędzy rurkami zamontowany jest pręt, zanurzony w materiale utrzymującym potencjał jonowy, przy czym membrana jest wykonana z materiału umożliwiającego wymianę jonową pomiędzy roztworem w menisku a prętem; na powierzchni drugiej rurki, na wysokości pomiędzy membraną a dolnym krańcem drugiej rurki znajduje się przewodzący elektrycznie pasek; do potencjostatu jako elektroda pracująca podłączone jest podłoże, jako elektroda referencyjna podłączony jest pręt, a jako przeciwelektroda jest podłączony pasek.The subject of the invention is a device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus, comprising a guiding system for moving a solution forming a meniscus on a substrate, characterized in that: the guiding system comprises two stationary, tangential and parallel tubes made of a material that does not conduct electricity, in the space between the lower parts of the congruent side surfaces of the tubes there is a chamber with a material maintaining an ionic potential, limited by a lower membrane adjacent to the lower parts of the side surfaces of the tubes, a rod is mounted between the tubes, immersed in the material maintaining the ionic potential, the membrane being made of a material enabling ion exchange between the solution in the meniscus and the rod; on the surface of the second tube, at a height between the membrane and the lower end of the second tube, there is an electrically conductive strip; the substrate is connected to the potentiostat as a working electrode, the rod is connected as a reference electrode, and the strip is connected as a counter electrode.

Korzystnie, pręt jest wykonany ze srebra, a materiał utrzymujący potencjał jonowy jest roztworem chlorowym.Preferably, the rod is made of silver and the material maintaining the ionic potential is a chlorine solution.

Korzystnie, w pierwszej rurce znajduje się co najmniej jeden otwór doprowadzający roztwór do menisku z komory wewnątrz pierwszej rurki.Preferably, the first tube includes at least one opening for feeding solution to the meniscus from a chamber within the first tube.

Korzystnie, w pierwszej rurce w jej górnej lub bocznej powierzchni znajduje się otwór do doprowadzania roztworu do komory.Preferably, the first tube has an opening in its upper or side surface for supplying the solution to the chamber.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku za pomocą urządzenia według wynalazku, charakteryzujący się tym, że: pomiędzy podłoże a układ prowadzący wprowadza się roztwór, w którym ma być prowadzona reakcja elektrochemiczna; przemieszcza się układ prowadzący względem podłoża przesuwając roztwór tworzący menisk na podłożu; podczas przesuwania roztworu, za pomocą potencjostatu generuje się przepływ prądu elektrycznego pomiędzy podłożem stanowiącym elektrodę pracującą a przewodzącym paskiem stanowiącym przeciwelektrodę, wywołując reakcję elektrochemiczną w menisku, przy czym stabilizuje się napięcie pomiędzy elektrodą pracującą a referencyjną ustawiając odpowiedni potencjał na pasku stanowiącym przeciwelektrodę.The subject of the invention is also a method of conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus using a device according to the invention, characterized in that: a solution in which an electrochemical reaction is to be conducted is introduced between the substrate and the guiding system; the guiding system is moved relative to the substrate, moving the solution forming the meniscus on the substrate; during the movement of the solution, an electric current flow is generated by means of a potentiostat between the substrate constituting the working electrode and the conductive strip constituting the counter electrode, causing an electrochemical reaction in the meniscus, wherein the voltage between the working and reference electrodes is stabilized by setting an appropriate potential on the strip constituting the counter electrode.

Korzystnie, w sposób ciągły doprowadza się roztwór do menisku z komory wewnątrz pierwszej rurki.Preferably, a solution is continuously supplied to the meniscus from a chamber within the first tube.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:The subject of the invention is presented in an embodiment in the drawing, in which:

Fig. 1 przedstawia schematycznie przykładowe urządzenie do stosowania w sposobie według wynalazku;Fig. 1 schematically shows an exemplary device for use in the method according to the invention;

Fig. 2 przedstawia przykład wykonania układu prowadzącego.Fig. 2 shows an example of the guiding system.

Sposób według wynalazku może być prowadzony przykładowo za pomocą urządzenia przedstawionego na Fig. 1.The method according to the invention can be carried out, for example, using the device shown in Fig. 1.

Urządzenie to służy do przesuwania roztworu za pomocą układu prowadzącego 3 (przedstawionego szczegółowo na Fig. 2) znajdującego się w niewielkiej odległości od przesuwanego podłoża 22. Między podłoże 22 a układ prowadzący 3 dozowana jest niewielka ilość roztworu tak, że tworzy on menisk.This device is used to move the solution by means of a guiding system 3 (detailed in Fig. 2) located at a short distance from the moving substrate 22. A small amount of solution is dispensed between the substrate 22 and the guiding system 3 so that it forms a meniscus.

Urządzenie zawiera przesuw liniowy 1 pozwalający na poruszanie podłożem względem nieruchomego układu prowadzącego 3 w wyniku czego następuje przesuwanie roztworu względem podłoża. Przesuw liniowy 1 pozwala na dobór odpowiedniej prędkości, jak również przyspieszenia. Uchwyt 2 pozwala na zamontowanie układu prowadzącego 3 prowadzącego roztwór.The device includes a linear feed 1 that allows the substrate to be moved relative to a stationary guide system 3, which in turn moves the solution relative to the substrate. Linear feed 1 allows for the selection of the appropriate speed and acceleration. A handle 2 allows for mounting the guide system 3 that guides the solution.

W celu uzyskania jednorodnej warstwy na jak największej powierzchni ważne jest odpowiednie ułożenie układu prowadzącego 3 rozciągającego warstwę względem powierzchni podłoża 22, jak również wypoziomowanie całego układu. W tym celu zastosowano szereg elementów pozwalających na odpowiednie ustawienie poszczególnych komponentów urządzenia. Śruba mikrometryczna 9 pozwala na ustawienie układu prowadzącego 3 na odpowiedniej wysokości nad podłożem z dokładnością do kilku μm. Pierwsza platforma 8 pozwala z kolei na skorygowanie pochyłu podłoża 22, tak że układ prowadzący 3 na całej jej długości porusza się na stałej wysokości. Druga platforma 10 pozwala natomiast na korekcję przechyłu układu prowadzącego 3, tak żeby był on równoległy do powierzchni podłoża. Całe urządzenie zostało dodatkowo umieszczone na trzeciej platformie 11 z zamontowanymi trzema śrubami, pozwalającymi na wypoziomowanie urządzenia.To achieve a uniform layer over the largest possible surface area, it is important to properly align the guide system 3, which stretches the layer, relative to the substrate surface 22, as well as to level the entire system. To this end, a number of elements are used to properly align the individual components of the device. A micrometer screw 9 allows for setting the guide system 3 at the appropriate height above the substrate with an accuracy of a few μm. The first platform 8 allows for correcting the tilt of the substrate 22, so that the guide system 3 moves at a constant height along its entire length. The second platform 10 allows for correcting the tilt of the guide system 3 so that it is parallel to the substrate surface. The entire device is additionally placed on a third platform 11 with three screws mounted to level the device.

Do opisanego powyżej urządzenia wprowadza się przewodzące prąd elektryczny podłoże 22, które umieszcza się na platformie 8, osadzonej na przesuwie liniowym 1. Dzięki platformie 11 umieszczonej na trzech nogach poziomujących możliwe jest wypoziomowanie całego urządzenia. Dodatkowe poziomowanie zapewnia platforma 8 wyposażona w układ regulacji pochyłu w co najmniej w jednej płaszczyźnie, korzystnie w trzech płaszczyznach. Podobnie platforma 10 układu prowadzącego 3 wyposażona jest też w układ regulacji pochyłu w co najmniej dwóch płaszczyznach (korzystnie w trzech płaszczyznach), do której przymocowany jest sztywno uchwyt na szkiełko 5 z prętem 4 i układem prowadzącym 3 zawierającym dwie elektrody: referencyjną 33 i przeciwelektrodę 38.An electrically conductive substrate 22 is introduced into the device described above and placed on a platform 8 mounted on a linear slide 1. Thanks to the platform 11 placed on three leveling legs, it is possible to level the entire device. Additional leveling is provided by the platform 8 equipped with a tilt adjustment system in at least one plane, preferably in three planes. Similarly, the platform 10 of the guiding system 3 is also equipped with a tilt adjustment system in at least two planes (preferably in three planes), to which a slide holder 5 with a rod 4 and a guiding system 3 comprising two electrodes is rigidly attached: a reference electrode 33 and a counter electrode 38.

W alternatywnych przykładach wykonania urządzenia, to układ prowadzący 3 może być elementem przesuwanym, a w miejscu przesuwu liniowego 1 może znajdować się stacjonarna podstawa.In alternative embodiments of the device, the guiding system 3 may be a sliding element and a stationary base may be provided at the linear travel location 1.

W jeszcze innych przykładach wykonania, zamiast przesuwu liniowego 1 mogą być wykorzystane inne mechanizmy przesuwu podłoża, przykładowo układ rolek przesuwający podłoża sztywne lub systemy rozpinające podłoża giętkie.In still other embodiments, instead of linear feed 1, other substrate feed mechanisms may be used, for example a roller system for moving rigid substrates or systems for unwinding flexible substrates.

W kolejnym przykładzie wykonania ruchome mogą być jednocześnie obydwa elementy - zarówno układ prowadzący 3 jak i podłoże na przesuwie liniowym lub innym mechanizmie przesuwu.In another embodiment, both elements can be movable at the same time - both the guiding system 3 and the substrate on a linear slide or other sliding mechanism.

W przedstawionym tu przykładzie wykonania, dąży się do tego (za pomocą wspomnianych elementów regulujących) aby podłoże było ustawione poziomo. Możliwe są jednak alternatywne przykłady wykonania, w których podłoże jest ustawione pod określonym kątem względem poziomu lub też pionowo.In the embodiment shown here, the aim is (using the aforementioned adjustment elements) to position the substrate horizontally. However, alternative embodiments are possible in which the substrate is positioned at a specific angle to the horizontal or vertically.

W rozwiązaniu według wynalazku zastosowano układ prowadzący 3 zawierający dwie nieruchome, styczne i równoległe względem siebie rurki 31, 32 oraz zamontowany pomiędzy nimi pręt 33, jak przedstawiono w przykładzie wykonania na Fig. 2. Rurki 31, 32 są wykonane z nieprzewodzącego prądu materiału np. tworzywa sztucznego, szkła lub innego.In the solution according to the invention, a guiding system 3 is used, comprising two stationary, tangential and parallel tubes 31, 32 and a rod 33 mounted between them, as shown in the embodiment in Fig. 2. The tubes 31, 32 are made of a non-conductive material, e.g. plastic, glass or other.

W przestrzeni pomiędzy dolnymi częściami przystających do siebie bocznych powierzchni rurek 31, 32 znajduje się, ograniczona dolną membraną 35 (frytą) przyległą do dolnych części powierzchni bocznych rurek 31,32 komora z materiałem 34 utrzymującym potencjał jonowy.In the space between the lower parts of the congruent side surfaces of the tubes 31, 32 there is a chamber with a material 34 maintaining the ionic potential, limited by a lower membrane 35 (frit) adjacent to the lower parts of the side surfaces of the tubes 31, 32.

Pręt 33 stanowi elektrodę referencyjną i jest zanurzony w materiale 34 utrzymującym potencjał jonowy. Przykładowo, pręt 33 może być ze srebra i być zanurzony w roztworze chlorowym. Alternatywnie, może to być pręt wykonany z innego metalu, zanurzony w odpowiedniej substancji utrzymującej potencjał jonowy. Membrana 35 (fryta) utrzymuje w miejscu roztwór otaczający elektrodę referencyjną i umożliwia wymianę jonową pomiędzy meniskiem a elektrodą referencyjną 33.Rod 33 constitutes the reference electrode and is immersed in a material 34 that maintains the ionic potential. For example, rod 33 may be made of silver and immersed in a chlorine solution. Alternatively, it may be made of another metal and immersed in a suitable substance that maintains the ionic potential. Membrane 35 (frit) holds the solution surrounding the reference electrode in place and allows ion exchange between the meniscus and reference electrode 33.

W pierwszej rurce 31 znajduje się co najmniej jeden otwór 36 (lub szereg otworów wzdłuż długości rurki 31), doprowadzający roztwór do menisku z komory 37 wewnątrz pierwszej rurki 31. Pozwala to na dozowanie lub wymianę roztworu do obszaru menisku 21, w przypadku, gdy pokrywane mają być duże powierzchnie. Rurka 31 może być z obydwu stron zamknięta i mieć otwór (niewidoczny na rysunku) do doprowadzania roztworu do komory 37 w swej górnej lub bocznej powierzchni.The first tube 31 is provided with at least one opening 36 (or a series of openings along the length of the tube 31) for supplying solution to the meniscus from a chamber 37 within the first tube 31. This allows solution to be dispensed or exchanged into the meniscus area 21 when large surfaces are to be coated. The tube 31 may be closed at both ends and have an opening (not visible in the drawing) in its top or side surface for supplying solution to the chamber 37.

Na powierzchni drugiej rurki 32, na wysokości pomiędzy membraną 35 (w oddaleniu od niej) a dolnym krańcem rurki 32, znajduje się przewodzący elektrycznie pasek 38 stanowiący przeciwelektrodę, wykonany np. z platyny. Im większa szerokość paska 38, tym większa zdolność do dostarczania ładunku, optymalnie pasek ten powinien mieć taką samą długość jak rurka 32.On the surface of the second tube 32, at a height between the membrane 35 (at a distance therefrom) and the lower end of the tube 32, there is an electrically conductive strip 38, constituting a counter electrode, made, for example, of platinum. The wider the strip 38, the greater its charge delivery capacity; ideally, this strip should be the same length as the tube 32.

W trakcie pracy urządzenia pomiędzy przewodzącym elektrycznie podłożem 22 a układem prowadzącym 3 przesuwany jest roztwór tworzący menisk 21, w której ma być prowadzona reakcja. Podłoże 22 stanowi elektrodę pracującą. Elektrody: pracująca 22, referencyjna 33 i przeciwelektroda 38 podłączone są do potencjostatu 41, który kontroluje potencjały i prądy płynące w układzie w trakcie prowadzenia reakcji.During operation of the device, a solution forming a meniscus 21 is passed between the electrically conductive substrate 22 and the guide system 3, where the reaction is to be conducted. The substrate 22 constitutes the working electrode. The working electrode 22, reference electrode 33, and counter electrode 38 are connected to a potentiostat 41, which controls the potentials and currents flowing in the system during the reaction.

Sposób prowadzi się następująco. Po wypoziomowaniu układu wprowadza się pomiędzy podłoże 22 a układ prowadzący 3 roztwór, w którym ma być prowadzona reakcja elektrochemiczna.The method is carried out as follows. After leveling the system, the solution in which the electrochemical reaction is to be carried out is introduced between the substrate 22 and the conducting system 3.

Następnie, zapewniając przemieszczenie pomiędzy układem prowadzącym 3 a podłożem 22, przesuwa się roztwór tworzący menisk na podłożu 22. Podczas przesuwania roztworu, pomiędzy elektrody pracującą 22, referencyjną 33 i przeciwelektrodę 38 za pomocą potencjostatu zadaje się odpowiednie napięcia, w szczególności stabilizuje się napięcie pomiędzy elektrodą pracującą 22 a referencyjną 33 ustawiając odpowiedni potencjał na przeciwelektrodzie 38 stosownie do rodzaju reakcji, jaka ma być wywołana na powierzchni przeciwelektrody. Wartości potencjału przeciwelektrody 38 dla różnych materiałów i rodzajów reakcji są znane specjalistom w dziedzinie. W ten sposób wywołuje się reakcje elektrochemiczne w menisku 21 pomiędzy układem prowadzącym 3 a podłożem 22.Then, by providing displacement between the guide system 3 and the substrate 22, the solution is moved, forming a meniscus on the substrate 22. During the movement of the solution, appropriate voltages are applied between the working electrode 22, the reference electrode 33, and the counter electrode 38 using a potentiostat. In particular, the voltage between the working electrode 22 and the reference electrode 33 is stabilized by setting an appropriate potential on the counter electrode 38 depending on the type of reaction to be induced on the surface of the counter electrode. Values of the potential of the counter electrode 38 for different materials and types of reactions are known to those skilled in the art. In this way, electrochemical reactions are induced in the meniscus 21 between the guide system 3 and the substrate 22.

Stosując dozowanie roztworu z komory 37 zapewnia się stały dopływ roztworu do menisku, w szczególności tak aby w menisku znajdowała się stała objętość roztworu w trakcie całego procesu, umożliwiając rozciąganie menisku na dużych powierzchniach.By dispensing the solution from chamber 37, a constant flow of solution to the meniscus is ensured, in particular so that a constant volume of solution is present in the meniscus throughout the entire process, enabling the meniscus to be stretched over large surfaces.

Przykład wykonaniaExample of execution

Zastosowano rurki 31, 32 o średnicy zewnętrznej 6 mm i grubości ścianki 1 mm wykonane z pleksi. Jako elektrodę referencyjną 33 zastosowano drut srebrny o średnicy 1 mm, a jako materiał 34 utrzymujący potencjał jonowy zastosowano pastę DuPont 5874, zawierającą srebro (Ag) i chlorek srebra (AgCI). Jako membranę 35 zastosowano warstwę pasty DuPont 5018 wzbogaconą jonami chloru (Cl). Jako przeciwelektrodę zastosowano pasek platynowy o szerokości 5 mm i grubości 0,5 mm.Plexiglass tubes 31 and 32 with an outer diameter of 6 mm and a wall thickness of 1 mm were used. A 1 mm diameter silver wire was used as the reference electrode 33, and DuPont 5874 paste containing silver (Ag) and silver chloride (AgCl) was used as the material 34 maintaining the ionic potential. A layer of DuPont 5018 paste enriched with chloride ions (Cl) was used as the membrane 35. A 5 mm wide and 0.5 mm thick platinum strip was used as the counter electrode.

Jako roztwór zastosowano roztwór zawierający jony cynku (0,1M wodny roztwór Zn(NO3>6H2O=. Zastosowano potencjostat 41 typ T2006B1-EU firmy Ossila.The solution used was a solution containing zinc ions (0.1M aqueous solution of Zn(NO3>6H2O=). A potentiostat 41 type T2006B1-EU from Ossila was used.

Jako podłoże zastosowano szkiełka pokryte ITO. Oczekiwaną reakcją było osadzenie tlenku cynku na ITO.ITO-coated glass slides were used as the substrate. The expected reaction was the deposition of zinc oxide on the ITO.

W trakcie prowadzenia reakcji za pomocą potencjostatu 41, zadawano potencjał pomiędzy elektrodą pracującą 22 a elektrodą referencyjną 33 w zakresie - 0,8 V do -1,6 V. Stwierdzono, że przy potencjale - 0,75 V uzyskano tlenek cynku osadzony w postaci płatków, a przy potencjale -1,2 V uzyskano tlenek cynku w postaci gęsto upakowanych ziaren.During the reaction, using potentiostat 41, the potential between the working electrode 22 and the reference electrode 33 was set in the range of -0.8 V to -1.6 V. It was found that at a potential of -0.75 V, zinc oxide was deposited in the form of flakes, and at a potential of -1.2 V, zinc oxide was obtained in the form of densely packed grains.

Claims (6)

1. Urządzenie do prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku, zawierające układ prowadzący (3) do przesuwania na podłożu (22) roztworu tworzącego menisk, znamienne tym, że:1. A device for carrying out an electrochemical reaction in a sliding meniscus, comprising a guiding system (3) for sliding a meniscus-forming solution on a substrate (22), characterized in that: - układ prowadzący (3) zawiera dwie nieruchome, styczne i równoległe względem siebie rurki (31, 32) wykonane z materiału nieprzewodzącego prądu elektrycznego,- the guide system (3) comprises two stationary, tangential and parallel tubes (31, 32) made of a material that does not conduct electricity, - w przestrzeni pomiędzy dolnymi częściami przystających do siebie bocznych powierzchni rurek (31, 32) znajduje się, ograniczona dolną membraną (35) przyległą do dolnych części powierzchni bocznych rurek (31, 32), komora z materiałem (34) utrzymującym potencjał jonowy,- in the space between the lower parts of the adjacent side surfaces of the tubes (31, 32) there is a chamber with a material (34) maintaining the ionic potential, limited by the lower membrane (35) adjacent to the lower parts of the side surfaces of the tubes (31, 32), - pomiędzy rurkami (31,32) zamontowany jest pręt (33), zanurzony w materiale (34) utrzymującym potencjał jonowy, przy czym membrana (35) jest wykonana z materiału umożliwiającego wymianę jonową pomiędzy roztworem w menisku a prętem (33);- a rod (33) is mounted between the tubes (31,32), immersed in a material (34) maintaining the ionic potential, wherein the membrane (35) is made of a material enabling ion exchange between the solution in the meniscus and the rod (33); - na powierzchni drugiej rurki (32), na wysokości pomiędzy membraną (35) a dolnym krańcem drugiej rurki (32) znajduje się przewodzący elektrycznie pasek (38);- on the surface of the second tube (32), at a height between the membrane (35) and the lower end of the second tube (32), there is an electrically conductive strip (38); - do potencjostatu (41) jako elektroda pracująca podłączone jest podłoże (22), jako elektroda referencyjna podłączony jest pręt (33), a jako przeciwelektroda jest podłączony pasek (38).- the substrate (22) is connected to the potentiostat (41) as a working electrode, the rod (33) is connected as a reference electrode and the strip (38) is connected as a counter electrode. PL 249059 Β1PL 249059 Β1 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pręt (33) jest wykonany ze srebra, a materiał (34) utrzymujący potencjał jonowy jest roztworem chlorowym.2. A device according to claim 1, characterized in that the rod (33) is made of silver and the material (34) maintaining the ionic potential is a chlorine solution. 3. Urządzenie według jednego z wcześniejszych zastrzeżeń, znamienne tym, że w pierwszej rurce (31) znajduje się co najmniej jeden otwór (36) doprowadzający roztwór do menisku z komory (37) wewnątrz pierwszej rurki (31).3. A device according to one of the preceding claims, characterized in that the first tube (31) comprises at least one opening (36) for supplying solution to the meniscus from a chamber (37) inside the first tube (31). 4. Urządzenie według zastrzeżenia 3, znamienne tym, że w pierwszej rurce (31) w jej górnej lub bocznej powierzchni znajduje się otwór do doprowadzania roztworu do komory (37).4. A device according to claim 3, characterized in that the first tube (31) has an opening in its upper or lateral surface for supplying the solution to the chamber (37). 5. Sposób prowadzenia reakcji elektrochemicznej w przesuwanym menisku za pomocą urządzenia zgodnego z dowolnym z zastrzeżeń od 1 do 4, znamienny tym, że:5. A method of carrying out an electrochemical reaction in a sliding meniscus using a device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that: - pomiędzy podłoże (22) a układ prowadzący (3) wprowadza się roztwór, w którym ma być prowadzona reakcja elektrochemiczna;- a solution in which the electrochemical reaction is to be carried out is introduced between the substrate (22) and the guiding system (3); - przemieszcza się układ prowadzący (3) względem podłoża (22) przesuwając roztwór tworzący menisk na podłożu (22);- the guide system (3) is moved relative to the substrate (22) by moving the solution forming the meniscus on the substrate (22); - podczas przesuwania roztworu, za pomocą potencjostatu (41) generuje się przepływ prądu elektrycznego pomiędzy podłożem (22) stanowiącym elektrodę pracującą a paskiem przewodzącym (38) stanowiącym przeciwelektrodę, wywołując reakcję elektrochemiczną w menisku, przy czym stabilizuje się napięcie pomiędzy elektrodą pracującą (22) a referencyjną (33) ustawiając odpowiedni potencjał na pasku (38) stanowiącym przeciwelektrodę.- while moving the solution, a potentiostat (41) generates an electric current flow between the substrate (22) constituting the working electrode and the conductive strip (38) constituting the counter electrode, causing an electrochemical reaction in the meniscus, while the voltage between the working electrode (22) and the reference electrode (33) is stabilized by setting an appropriate potential on the strip (38) constituting the counter electrode. 6. Sposób według zastrzeżenia 5, znamienny tym, że w sposób ciągły doprowadza się roztwór do menisku z komory (37) wewnątrz pierwszej rurki (31).6. A method according to claim 5, characterized in that the solution is continuously supplied to the meniscus from a chamber (37) inside the first tube (31).
PL446474A 2023-10-24 2023-10-24 Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus PL249059B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL446474A PL249059B1 (en) 2023-10-24 2023-10-24 Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus
PCT/EP2024/079967 WO2025087978A1 (en) 2023-10-24 2024-10-23 A device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and a method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL446474A PL249059B1 (en) 2023-10-24 2023-10-24 Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL446474A1 PL446474A1 (en) 2025-04-28
PL249059B1 true PL249059B1 (en) 2026-02-23

Family

ID=93520782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL446474A PL249059B1 (en) 2023-10-24 2023-10-24 Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus

Country Status (2)

Country Link
PL (1) PL249059B1 (en)
WO (1) WO2025087978A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL425002A1 (en) * 2018-03-23 2019-10-07 Uniwersytet Jagielloński Device for influencing liquid in a sliding meniscus on a substrate and the method of conducting the reaction
PL437311A1 (en) * 2018-03-23 2021-09-13 Uniwersytet Jagielloński Device for influencing the liquid in a sliding meniscus and method of conducting the reaction

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH697205A5 (en) * 2000-09-22 2008-06-25 Markus Buechler The electrochemical cell and the use of the electrochemical cell.
PL234389B1 (en) * 2017-12-04 2020-02-28 Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie Device and method for conducting photochemical reaction in a displaceable meniscus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL425002A1 (en) * 2018-03-23 2019-10-07 Uniwersytet Jagielloński Device for influencing liquid in a sliding meniscus on a substrate and the method of conducting the reaction
PL437311A1 (en) * 2018-03-23 2021-09-13 Uniwersytet Jagielloński Device for influencing the liquid in a sliding meniscus and method of conducting the reaction

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025087978A1 (en) 2025-05-01
PL446474A1 (en) 2025-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marken et al. Redox processes in microdroplets studied by voltammetry, microscopy and ESR spectroscopy: oxidation ofN, N, N′, N′-tetrahexylphenylene diamine deposited on solid electrode surfaces and immersed in aqueous electrolyte solution
Eliaz et al. Physical electrochemistry: fundamentals, techniques, and applications
Gileadi Electrode kinetics for chemists, chemical engineers, and materials scientists
Wightman Voltammetry with microscopic electrodes in new domains
Suryanto et al. Tuning the electrodeposition parameters of silver to yield micro/nano structures from room temperature protic ionic liquids
CN112334310A (en) Method and apparatus for continuous electrochemical fabrication of three-dimensional structures
Yosypchuk et al. Preparation and properties of mercury film electrodes on solid amalgam surface
Svancara et al. A role of the plating regime in the deposition of bismuth films onto a carbon paste electrode. Microscopic study
PL249059B1 (en) Device for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus and method for conducting an electrochemical reaction in a sliding meniscus
JPS58199895A (en) Method and apparatus for plating metal wire
Bonnaud et al. Rationale for the implementation of reference electrodes in ionic liquids
PL72644B1 (en)
Schmid et al. Effects of electrostatic fields on the surface tension of salt solutions
US7544274B2 (en) Plating device and plating method
Pozniak et al. Current measurements within the electrospray emitter
US3691026A (en) Process for a continuous selective electroplating of strip
Huang et al. Vitamin B1 ion-selective microelectrode based on a liquid-liquid interface at the tip of a micropipette
Johnston et al. Diffusion coefficients of the silver ion and the disulfitosilver (I) ion by the rotating disk method
RU2357237C1 (en) Device for integral coulometric control of thickness of metallic electroplatings with subsequent electrochemical restoration
Bond et al. A survey of electrodes used for voltammetric analysis
US12104270B2 (en) Methods of electroplating a target electrode
CN117448851A (en) Electrochemical preparation method of polymer film and electrochromic device
JP2972412B2 (en) Electrochemical method
Langlois et al. Flow-through and flow-by porous electrodes of nickel foam Part IV: experimental electrode potential distributions in the flow-through and in the flow-by configurations
US20250019853A1 (en) Device and method for coating a component or semi-finished product with a chromium layer