الهياكل النانوية ZnO المزروعة عن طريق التوليف بالموجات فوق الصوتية
اكتسب تخليق الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية اهتماما متزايدا نظرا لقدرته على إنتاج مواد نانوية ذات حجم خاضع للرقابة ، ومورفولوجيا ، وتبلور في ظل ظروف تفاعل معتدلة. تستفيد هذه التقنية من التجويف الصوتي لتوليد درجات حرارة وضغوط عالية موضعية ، مما يعزز التنوي ونمو الجسيمات النانوية. بالمقارنة مع طرق التوليف التقليدية ، يوفر التوليف بالموجات فوق الصوتية مزايا مثل معدلات التفاعل السريع ، وقابلية التوسع ، والقدرة على ضبط الخصائص الهيكلية عن طريق تعديل معلمات التفاعل.
نحن نستخدم توليف الهياكل النانوية ZnO كحالة نموذجية لتسليط الضوء على مزايا تخليق الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية مع الهياكل المعدلة. الدراسة التي أجراها موراليس فلوريس وآخرون (2013) تستكشف دور التخليق الكيميائي الصوتي في التحكم في مورفولوجيا الهياكل النانوية ZnO. باستخدام جهاز الصوتنة من نوع مسبار Hielscher UP400St (400 واط ، 24 كيلو هرتز) ، أظهر الباحثون كيف تؤثر الاختلافات في ظروف التفاعل ، وخاصة الأس الهيدروجيني ، على التشكل النهائي ، والخصائص الهيكلية ، وسلوك التلألؤ الضوئي للهياكل النانوية ZnO.
الموجات فوق الصوتية UP400St للتخليق الكيميائي الصوتي للجسيمات النانوية
الإعداد التجريبي – تخليق الجسيمات النانوية ZnO باستخدام الصوتنة
تعرضت المحاليل المائية من أسيتات الزنك (0.068 م) للإشعاع بالموجات فوق الصوتية عند 40 واط من الطاقة المشتتة تحت تدفق الأرجون. تم تعديل درجة الحموضة للتفاعل بين 7 و 10 باستخدام هيدروكسيد الأمونيوم (NH4OH) ، مما أثر بشكل كبير على مورفولوجيا هياكل ZnO المركبة تسببت العملية الصوتية في التجويف الصوتي ، مما أدى إلى توليد ظروف موضعية لدرجات الحرارة العالية والضغط العالي عززت تنوي ZnO ونموه.
تأثير الأس الهيدروجيني على التشكل والخصائص الهيكلية
كشف الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) عن أشكال مميزة عند مستويات مختلفة من الأس الهيدروجيني:
- الرقم الهيدروجيني 7.0: تشكيل الهياكل النانوية ZnO الشبيهة بالقضيب (عرض 86 نانومتر ، طول 1182 نانومتر) مع مرحلة مختلطة من ZnO / Zn (OH) 2.
- الرقم الهيدروجيني 7.5-8.0: الانتقال إلى قضبان ذات أوجه وقضبان نهاية الكوب (~ 250-430 نانومتر طول ، عرض 135-280 نانومتر).
- الرقم الهيدروجيني 9.0: الهياكل النانوية ZnO على شكل مغزل (~ 256 نانومتر طول ، عرض 95 نانومتر) مع إجهاد مجهري عالي.
- الرقم الهيدروجيني 10.0: قضبان نانوية موحدة الأوجه (~ 407 نانومتر طول ، عرض 278 نانومتر) مع انخفاض كثافة العيب.
الصور المجهرية SEM للهياكل النانوية ZnO المركبة بالموجات فوق الصوتية المزروعة عند (أ) الرقم الهيدروجيني 7 ، (ب) الرقم الهيدروجيني 7.5 ، (ج) الرقم الهيدروجيني 8 ، د) الرقم الهيدروجيني 9 ،
و (ه) الرقم الهيدروجيني 10 من خليط التفاعل.
(دراسة وصور: ©فلوريس موراليس وآخرون ، 2013)
X-ray diffraction (XRD) confirmed the presence of hexagonal wurtzite ZnO for pH > 7, with enhanced crystallinity and grain growth at higher pH values.
الخصائص البصرية والتحكم في العيوب
سلط تحليل التلألؤ الضوئي في درجة حرارة الغرفة الضوء على نطاقين رئيسيين للانبعاث:
- انبعاث الأشعة فوق البنفسجية (~ 380 نانومتر): انتقالات مثيرة قريبة من حافة النطاق.
- الانبعاث المرئي (~ 580 نانومتر): يرتبط بالعيوب الهيكلية مثل شواغر الأكسجين والعيوب الخلالية.
والجدير بالذكر أن زيادة الأس الهيدروجيني أدت إلى زيادة كثافة الانبعاث المرتبطة بالعيوب تصل إلى الرقم الهيدروجيني 9 ، والتي تعزى إلى زيادة مساحة السطح والعيوب الشبكية. ومع ذلك ، عند درجة الحموضة 10 ، انخفضت شدة انبعاثات العيوب بسبب انخفاض عيوب السطح والشبكة.
“يمكن تصنيع الهياكل النانوية ZnO ذات الأشكال المختلفة عن طريق التحلل المائي بالموجات فوق الصوتية لأسيتات الزنك في محلول مائي عن طريق التحكم في معدل التحلل المائي من خلال تعديل الأس الهيدروجيني. في حين أن المحلول الرقم الهيدروجيني 7 أو أقل ينتج هياكل نانوية من ZnO غير النقية ممزوجة بمرحلة Zn (OH) 2 ، فإن قيم الأس الهيدروجيني الأعلى لخليط التفاعل تنتج هياكل نانوية ZnO في مرحلة سداسية نقية. من خلال التحكم في درجة الحموضة في المحلول بين 7.5 و 10 ، يمكن إنتاج الهياكل النانوية ZnO النقية ذات التشكل المتنوع ويمكن التحكم في تركيز عيوبها الهيكلية والسطحية. تم إثبات استخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة الطاقة للتخليق الكيميائي للهياكل النانوية ZnO بكفاءة.”
فلوريس موراليس وآخرون ، 2013
توضح هذه الدراسة التأثير العميق للإشعاع بالموجات فوق الصوتية باستخدام UP400St على تخليق البنية النانوية ZnO. من خلال ضبط الأس الهيدروجيني ، نجح الباحثون في تعديل التشكل والتبلور وكثافة العيوب. تسلط النتائج الضوء على إمكانات الأساليب الكيميائية الصوتية لتخليق الجسيمات النانوية المصممة خصيصا ، مما يوفر مسارات للتطبيقات في الإلكترونيات الضوئية والتحفيز.
احصل على أفضل Sonicator لتخليق الجسيمات النانوية
تشتهر أجهزة الصوتنة من نوع مسبار Hielscher بقوتها وموثوقيتها ودقتها وسهولة استخدامها ، مما يجعلها الخيار المثالي لتخليق الجسيمات النانوية. مع أحدث التقنيات والهندسة القوية ، توفر هذه المعالجات بالموجات فوق الصوتية تحكما لا مثيل له في التفاعلات الكيميائية الصوتية ، مما يضمن قابلية التكرار والكفاءة. يوفر UP400St ، على سبيل المثال ، مدخلات طاقة دقيقة وإعدادات قابلة للتخصيص ، مما يسمح للباحثين بتخصيص ظروف التوليف لتشكل الجسيمات النانوية المثلى والتبلور. سواء كان ذلك للأبحاث على نطاق المختبر أو التطبيقات الصناعية ، تضمن أجهزة الصوت Hielscher الأداء العالي وسهولة الاستخدام ، مما يعزز سمعتها كخيار أفضل للتخليق الكيميائي الصوتي.
استفد من قوة الموجات فوق الصوتية لتخليق الجسيمات النانوية!
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- موثوقيه & متانه
- تحكم دقيق وقابل للتعديل في العملية
- الدفعه & مضمنه
- لأي وحدة تخزين – من المختبر إلى نطاق الإنتاج
- برنامج ذكي
- الميزات الذكية (على سبيل المثال ، قابلة للبرمجة ، وبروتوكول البيانات ، والتحكم عن بعد)
- سهل وآمن للعمل
- صيانة منخفضة
- التنظيف المكاني (التنظيف المكاني)
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter |
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000hdT |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000hdT |
Caution: Video "duration" is missing
الخالط بالموجات فوق الصوتية UIP1000hdT ، مكبر صوتي قوي 1000 واط لتخليق الجسيمات النانوية مثل جسيمات ZnO النانوية عبر الكيمياء الخضراء
أسئلة مكررة
ما هي جسيمات ZnO النانوية المستخدمة؟
تستخدم جزيئات ZnO النانوية على نطاق واسع في التطبيقات الطبية الحيوية ، والتحفيز الضوئي ، وأجهزة الاستشعار ، والحماية من الأشعة فوق البنفسجية ، والطلاءات المضادة للبكتيريا ، والإلكترونيات الضوئية نظرا لخصائصها البصرية والكهربائية والمضادة للميكروبات الفريدة.
ما هي طرق تخليق الجسيمات النانوية ZnO؟
تشمل طرق التوليف الشائعة لجسيمات ZnO النانوية sol-gel ، والترسيب ، والحرارة المائية ، والذولى الحراري ، والتخليق الأخضر. تؤثر كل طريقة على حجم الجسيمات ومورفولوجيا وتبلورها ، مما يؤثر على أدائها في التطبيقات المختلفة.
ما هي خصائص تخليق الجسيمات النانوية ZnO وتطبيقاتها؟
تظهر جسيمات ZnO النانوية مساحة سطح عالية ، وامتصاص قوي للأشعة فوق البنفسجية ، وكهرضغطية ، ونشاط تحفيزي ضوئي. يؤثر تخليقها على خصائص مثل توزيع الحجم ونقاء الطور وعيوب السطح ، والتي تعتبر ضرورية للتطبيقات في المعالجة البيئية ، وتوصيل الأدوية ، وتخزين الطاقة.
ما هي الطريقة الأفضل لتخليق الجسيمات النانوية؟
تعتمد أفضل طريقة لتخليق الجسيمات النانوية على الخصائص والتطبيق المطلوبين. التخليق الكيميائي الصوتي ، الذي يستخدم التشعيع بالموجات فوق الصوتية ، فعال للغاية في إنتاج جسيمات ZnO النانوية ذات الحجم المتحكم فيه ، والنقاء العالي ، ومساحة السطح المحسنة. إنه يعزز التنوي السريع ، ويمنع التكتل ، ويمكن دمجه مع طرق حرارية مائية أو سول هلام لتحسين التبلور والتشتت. هذا النهج مفيد بشكل خاص للتطبيقات الطبية الحيوية والتحفيزية وأجهزة الاستشعار نظرا لكفاءته في استخدام الطاقة وقدرته على إنتاج هياكل نانوية موحدة.
اقرأ المزيد عن تفاعلات سول هلام بالموجات فوق الصوتية!
ما هو الاستقرار الكيميائي لجسيمات ZnO النانوية؟
تظهر جسيمات ZnO النانوية استقرارا كيميائيا معتدلا ولكنها يمكن أن تخضع للذوبان في البيئات الحمضية والتحلل الضوئي تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية لفترات طويلة. يمكن أن تؤدي تعديلات السطح والمنشطات إلى تحسين استقرارها في تطبيقات محددة.
الأدب / المراجع
- N. Morales-Flores, R. Galeazzi, E. Rosendo, T. Díaz, S. Velumani, U. Pal (2013): Morphology control and optical properties of ZnO nanostructures grown by ultrasonic synthesis. Advances in Nano Research, Vol. 1, No. 1; 2013. 59-70.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.