Ultrasəs sintezi ilə yetişdirilmiş ZnO nanostrukturları

Nanohissəciklərin ultrasəs sintezi yumşaq reaksiya şəraitində ölçüsü, morfologiyası və kristallığı idarə olunan nanomateriallar istehsal etmək qabiliyyətinə görə getdikcə daha çox diqqət cəlb edir. Bu üsul lokal yüksək temperatur və təzyiq yaratmaq üçün akustik kavitasiyadan istifadə edərək nanohissəciklərin nüvələnməsini və böyüməsini gücləndirir. Ənənəvi sintez üsulları ilə müqayisədə ultrasəs sintezi yüksək reaksiya sürəti, miqyasın artırılması imkanı və reaksiya parametrlərini dəyişdirməklə struktur xassələrini dəqiq tənzimləmək qabiliyyəti kimi üstünlüklər təklif edir.

Dəyişdirilmiş strukturlara malik nanohissəciklərin ultrasəs sintezinin üstünlüklərini vurğulamaq üçün ZnO nanostrukturlarının sintezindən nümunə kimi istifadə edirik. Morales-Flores və b. (2013) tərəfindən aparılmış tədqiqat ZnO nanostrukturlarının morfologiyasının idarə olunmasında sonokimyəvi sintezin rolunu araşdırır. Hielscher zond tipli UP400St sonikatorundan (400 vatt, 24 kHz) istifadə edən tədqiqatçılar reaksiya şəraitindəki dəyişikliklərin, xüsusilə pH-ın, ZnO nanostrukturlarının son morfologiyasına, struktur xassələrinə və fotolüminessensiya davranışına necə təsir etdiyini nümayiş etdiriblər.

Eksperimental qurğu – Ultrasəs təsiri ilə ZnO nanohissəciklərinin sintezi

Sink asetatın sulu məhlulları (0,068 M) arqon axını altında 40 W dissipasiya olunan güclə ultrasəs şüalanmasına məruz qoyulub. Ammonium hidroksiddən (NH4OH) istifadə etməklə reaksiyanın pH-ı 7 ilə 10 arasında tənzimlənib və bu, sintez olunan ZnO strukturlarının morfologiyasına əhəmiyyətli təsir göstərib. Sonokimyəvi proses akustik kavitasiya yaradaraq ZnO-nun nüvələnməsini və böyüməsini təşviq edən lokal yüksək temperatur və yüksək təzyiq şəraiti formalaşdırıb.

pH-ın morfologiyaya və struktur xassələrinə təsiri

Skanedici elektron mikroskopiyası (SEM) müxtəlif pH səviyyələrində fərqli morfologiyalar aşkar edib:

pH 7,0: Qarışıq ZnO/Zn(OH)2 fazasına malik çubuqvari ZnO nanostrukturlarının (eni 86 nm, uzunluğu 1182 nm) əmələ gəlməsi.
pH 7,5–8,0: Fasetli çubuqlara və uc hissəsi kasavari olan çubuqlara keçid (uzunluğu ~250–430 nm, eni 135–280 nm).
pH 9,0: Yüksək mikrodeformasiyaya malik iyəbənzər ZnO nanostrukturları (uzunluğu ~256 nm, eni 95 nm).
pH 10,0: Azalmış defekt sıxlığına malik bircins fasetli nanoçubuqlar (uzunluğu ~407 nm, eni 278 nm).

Reaksiya qarışığının (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
və (e) pH 10 qiymətlərində yetişdirilmiş, ultrasəs vasitəsilə sintez olunmuş ZnO nanostrukturlarının SEM mikroşəkilləri.
(Tədqiqat və şəkillər: ©Flores-Morales və b., 2013)

Rentgen şüaları difraksiyası (XRD) pH > 7 olduqda heksaqonal vürsit ZnO-nun mövcudluğunu, daha yüksək pH qiymətlərində isə kristallığın artmasını və dənələrin böyüməsini təsdiqləyib.

Optik xassələr və defektlərin idarə olunması

Otaq temperaturunda fotolüminessensiya (PL) analizi iki əsas emissiya zolağını üzə çıxarıb:

Ultrabənövşəyi emissiya (~380 nm): Zona kənarına yaxın eksiton keçidləri.
Görünən emissiya (~580 nm): Oksigen vakansiyaları və düyünlərarası defektlər kimi struktur defektləri ilə əlaqəlidir.

Qeyd edək ki, pH-ın artırılması pH 9-a qədər defektlərlə əlaqəli emissiyanın intensivliyinin yüksəlməsinə gətirib çıxarıb; bu, səth sahəsinin artması və kristal qəfəsdəki qüsurlarla izah olunur. Lakin pH 10-da səth və qəfəs defektlərinin azalması səbəbindən defekt emissiyalarının intensivliyi aşağı düşüb.

“pH-ı tənzimləməklə hidroliz sürətini idarə edərək sulu məhlulda sink asetatın ultrasəs hidrolizi vasitəsilə müxtəlif morfologiyalı ZnO nanostrukturları hazırlamaq mümkün olub. Məhlulun pH-ı 7 və ya daha aşağı olduqda Zn(OH)2 fazası ilə qarışmış, saf olmayan ZnO nanostrukturları əmələ gəldiyi halda, reaksiya qarışığının daha yüksək pH qiymətləri saf heksaqonal fazalı ZnO nanostrukturları yaradır. Məhlulun pH-ını 7,5 ilə 10 arasında idarə etməklə müxtəlif morfologiyalı, faza baxımından saf ZnO nanostrukturları istehsal etmək və onların struktur və səth defektlərinin konsentrasiyasını idarə etmək mümkün olub. ZnO nanostrukturlarının səmərəli kimyəvi sintezi üçün aşağı güclü ultrasəsdən istifadə nümayiş etdirilib.”
Flores-Morales və b., 2013

Bu tədqiqat UP400St vasitəsilə ultrasəs şüalanmasının ZnO nanostrukturlarının sintezinə güclü təsirini göstərir. pH-ı tənzimləməklə tədqiqatçılar morfologiyanı, kristallığı və defekt sıxlığını uğurla dəyişdiriblər. Nəticələr sonokimyəvi üsulların tələb olunan xassələrə uyğun nanohissəcik sintezi üçün potensialını vurğulayır və optoelektronika və katalizdə tətbiq imkanları açır.

Nanohissəcik sinteziniz üçün ən yaxşı sonikatoru əldə edin

Hielscher zond tipli sonikatorları gücü, etibarlılığı, dəqiqliyi və istifadə rahatlığı ilə tanınır və bu xüsusiyyətlər onları nanohissəcik sintezi üçün ideal seçim edir. Qabaqcıl texnologiya və möhkəm konstruksiya sayəsində bu ultrasəs prosessorları sonokimyəvi reaksiyalar üzərində misilsiz nəzarət təmin edərək təkrarlana bilməni və səmərəliliyi təmin edir. Məsələn, UP400St dəqiq enerji ötürülməsi və fərdiləşdirilə bilən parametrlər təklif edərək tədqiqatçılara optimal nanohissəcik morfologiyası və kristallığı üçün sintez şəraitini uyğunlaşdırmağa imkan verir. İstər laboratoriya miqyaslı tədqiqatlar, istərsə də sənaye tətbiqləri üçün Hielscher sonikatorları yüksək məhsuldarlığa və istifadə rahatlığına zəmanət verir və sonokimyəvi sintez üçün aparıcı seçim kimi nüfuzlarını möhkəmləndirir.
Nanohissəcik sintezi üçün ultrasəsin gücündən faydalanın!

Bu videoda qazla üfürülə bilən şkafda yerləşdirilmiş, axın xəttində işləmək üçün nəzərdə tutulmuş 2 kilovatlıq ultrasəs sistemini göstəririk. Hielscher kimya, əczaçılıq, kosmetika, neft-kimya prosesləri və həlledici əsaslı ekstraksiya prosesləri də daxil olmaqla, demək olar ki, bütün sənaye sahələrinə ultrasəs avadanlığı tədarük edir. Qazla üfürülə bilən bu paslanmayan polad şkaf təhlükəli zonalarda işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu məqsədlə müştəri yanar qazların və ya buxarların şkafa daxil olmasının qarşısını almaq üçün hermetik şkafı azot və ya təmiz hava ilə üfürə bilər.

Niyə Hielscher Ultrasonics?

yüksək səmərəlilik
ən müasir texnologiya
etibarlılıq və möhkəmlik
tənzimlənən, dəqiq proses idarəetməsi
partiyalı və axın xəttində emal
istənilən həcm üçün – laboratoriyadan istehsal miqyasınadək
intellektual proqram təminatı
ağıllı funksiyalar (məsələn, proqramlaşdırılma, məlumatların qeydə alınması, uzaqdan idarəetmə)
asan və təhlükəsiz istifadə
az texniki qulluq tələb edir
CIP (yerində təmizləmə)

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istifadə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitin və tələbkar mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya və istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi önəm verir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE-yə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Partiyanın həcmi	Axın sürəti	Tövsiyə olunan cihazlar
0,5–1,5mL	n.a.	VialTweeter
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
15–150L	3–15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000hdT
n.a.	daha yüksək	cihazlar qrupu: UIP16000hdT

Pirogen silisium dioksidin ultrasəslə dispersləşdirilməsi: Hielscher UP400S ultrasəs homogenizatoru silisium dioksid tozunu sürətlə və səmərəli şəkildə ayrı-ayrı nanohissəciklərə qədər dispersləşdirir.

Əlaqəli mövzular

Tez-tez verilən suallar

ZnO nanohissəcikləri nə üçün istifadə olunur?

ZnO nanohissəcikləri özünəməxsus optik, elektrik və antimikrob xassələrinə görə biotibbi tətbiqlərdə, fotokatalizdə, sensorlarda, UV şüalarından qorunmada, antibakterial örtüklərdə və optoelektronikada geniş istifadə olunur.

ZnO nanohissəciklərinin sintez üsulları hansılardır?

ZnO nanohissəciklərinin geniş yayılmış sintez üsullarına sol-gel, çökdürmə, hidrotermal, solvotermal və yaşıl sintez daxildir. Hər üsul hissəciklərin ölçüsünə, morfologiyasına və kristallığına təsir edərək onların müxtəlif tətbiqlərdəki effektivliyini dəyişdirir.

ZnO nanohissəciklərinin xassələri, sintezi və tətbiqləri hansılardır?

ZnO nanohissəcikləri böyük səth sahəsinə, güclü UV udulmasına, pyezoelektrikliyə və fotokatalitik aktivliyə malikdir. Onların sintezi ölçü paylanması, faza saflığı və səth defektləri kimi xassələrə təsir edir; bu xassələr ətraf mühitin çirklənmədən təmizlənməsi, dərmanların çatdırılması və enerjinin saxlanması sahələrindəki tətbiqlər üçün həlledicidir.

Nanohissəciklərin sintezi üçün ən yaxşı üsul hansıdır?

Nanohissəciklərin sintezi üçün ən yaxşı üsul arzu olunan xassələrdən və tətbiqdən asılıdır. Ultrasəs şüalanmasından istifadə edən sonokimyəvi sintez idarə olunan ölçüyə, yüksək saflığa və artırılmış səth sahəsinə malik ZnO nanohissəciklərinin istehsalı üçün olduqca effektivdir. Bu üsul sürətli nüvələnməni təşviq edir, aqlomerasiyanın qarşısını alır və kristallığı və dispersiyanı yaxşılaşdırmaq üçün hidrotermal və ya sol-gel üsulları ilə birləşdirilə bilər. Enerji səmərəliliyinə və bircins nanostrukturlar istehsal etmək qabiliyyətinə görə bu yanaşma biotibbi, katalitik və sensor tətbiqləri üçün xüsusilə əlverişlidir.
Ultrasəs sol-gel reaksiyaları haqqında daha çox oxuyun!

ZnO nanohissəciklərinin kimyəvi sabitliyi necədir?

ZnO nanohissəcikləri orta kimyəvi sabitlik göstərir, lakin turş mühitlərdə həll ola və uzunmüddətli UV təsiri altında fotodeqradasiyaya məruz qala bilər. Səth modifikasiyaları və aşqarlama konkret tətbiqlərdə onların sabitliyini yaxşılaşdıra bilər.

Ədəbiyyat / İstinadlar

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.