Нано-среброто се използва за своите антибактериални свойства за подсилване на материали в медицината и материалознанието. Ultrasonication позволява бърз, ефикасен, безопасен и екологосъобразен синтез на сферични сребърни наночастици във вода. Ултразвуковият синтез на наночастици може лесно да се мащабира от малки до големи производства.

Ултразвуково подпомагасинтеза на колоиден нано-сребро

Сонохимичният синтез, който е синтетичен реакции при ултразвуково облъчване, се използва широко за производство на наночастици като сребро, злато, магнетит, хидроксиапатит, Хлорокин, Перовскити, латекс и много други наноматериали.

Ултразвуков мокро-химичен синтез

За сребърните наночастици са известни няколко ултразвуково-подпомагани маршрути на синтеза. По-долу е представен ултразвуков маршрут на синтез, използващ мед като редуциращи и лигандиращи агенти. Компонентите на мед като глюкоза и фруктоза са отговорни за ролята му като ограничаване и редуктор в процеса на синтез.
Подобно на повечето общи методи за синтеза на наночастици, ултразвуковият синтез на нано-сребро попада и в категорията на мократа химия. Ultrasonication насърчава ядрото на сребърни наночастици в разтвор. Ултразвуково стимулираното нуклеация се случва, когато сребърен прекурсор (сребърен йонен комплекс), например сребърен нитрат (AgNO₃) или сребърен перхлорат (AgClO₄), се свежда до колоидно сребро в присъствието на редуциращ агент, като мед. При условие, че концентрацията на сребърни йони в разтвора се увеличава достатъчно, разтворените метални сребърни йони се свързват заедно и образуват стабилна повърхност. Когато струпеят от сребърни йони е все още малък, то е енергийно неблагоприятно състояние поради отрицателния енергиен баланс. Отрицателният енергиен баланс възниква, тъй като енергията, получена чрез намаляване на концентрацията на разтворени сребърни частици, е по-ниска от енергията, изразходвана чрез създаване на нова повърхност.
Когато клъстерът достигне критичния радиус, който е моментът, когато става енергично благоприятен, той е достатъчно стабилен, за да продължи да расте. По време на фазата на растеж, повече сребърни атоми дифузно през разтвора и се прикрепя към повърхността. Когато концентрацията на разтвореното атомно сребро се снижи до определена точка, прагът на нуклеация се достига, така че атомите не могат да се обвържат по-дълго заедно, за да образуват стабилно ядро. При този праг на нуклеация растежът на нови наночастици спира и останалото разтваряне на среброто се абсорбира чрез дифузия в нарастващите наночастици в разтвора.
Sonication насърчава масовия трансфер, т.е. намокрянето на клъстерите, което води до по-бързо нуклеация. Чрез точно контролирана ултразвукова обработка може да се определи скоростта на растеж, размера и формата на нано-частиците.
Кликнете тук, за да прочетете повече за друг зелен метод за ултразвуково синтезиране на нано-сребро с помощта на карагенан!

Сравнение на конвенционалните методи и методи за зелен синтез на синтеза на наночастици.

Случай на изследване на ултразвуков нано-сребърен синтез

Материали: сребърен нитрат (AgNO₃), като сребърен прекурсор; мед като таван / редуциращ агент; Вода
Ултразвуково устройство: UP400St

Протокол за ултразвуков синтез

Най-добрите условия за синтез на колоидни сребърни наночастици са установени като следните: Намаляване на сребърния нитрат при ултразвуково медиирано от естествен мед. За кратко 20 ml разтвор на сребърен нитрат (0,3 M), съдържащ мед (20 тегловни %) е изложен на ултразвуково облъчване с висока интензивност при условия на околната среда в продължение на 30 min. Ultrasonication се извършва с ултразвуков сонда UP400S (400W, 24 kHz) директно в реакционния разтвор.

Разпределение на размера на частиците на Ag-NPs, синтезирани при оптимални условия; концентрации на сребро (0,3 M), концентрации на мед (20 wt%), и време за ултразвуково облъчване (30 мин)
източник на картината: Oskuee и

Медът от хранителния клас се използва като запушалка / стабилизиращ и редуциращ агент, което прави водния разтвор на ядливна тава и утаените наночастици чисти и безопасни за колекторни приложения.
С увеличаване на времето за ултразвук, сребърните наночастици стават по-малки и концентрацията им се увеличава.
Във воден разтвор на мед, ултразвукът е ключов фактор, който влияе върху образуването на сребърни наночастици. Параметрите на ултразвуккато амплитуда, време и непрекъснато срещу пулсиращи ултразвук са основни фактори, които позволяват контролиране на размера и количеството на сребърните наночастици.

Резултат от ултразвуковия синтез на сребърни наночастици

Ултразвуково повишен, мед-медииран синтез с UP400St наночастици от сребро (Ag-NPs) със среден размер на частиците от около 11,8 nm. Ултразвуковият синтез на сребърните наночастици е прост и бърз метод за едно пот. Използването на вода и мед като материали, прави реакцията рентабилна и изключително екологична.
Представената техника на ултразвуков синтез, използвайки мед като редуциращ и таванен агент, може да бъде разширена до други благородни метали, като злато, паладий и мед, който предлага различни допълнителни приложения от медицината за индустрията.

TEM изображение (A) и разпределението на частиците (B) на Ag-NPs, синтезирани при оптимални условия.

Влияние върху нуклеацията и размера на частиците чрез ултразвук

Ултразвукът позволява производството на наночастици като сребърни наночастици, съобразени с изискванията. Три общи опции за ултразвук имат важно въздействие върху изхода:
Първоначално Соникацията: Краткото приложение на ултразвукови вълни към пренаситен разтвор може да започне засяване и образуване на ядра. Тъй като ултразвукът се прилага само по време на началния етап, последващият растеж на кристала протича безпрепятствено, което води до по-големи кристали.
Непрекъснато Соникацията: Непрекъснатото облъчване на свръхнаситенразтвор води до малки кристали, тъй като непазираната ултразвукова терапия създава много ядра, което води до растежа на много малки кристали.
Импулсна ултразвук: Пулсираща ултразвук означава прилагането на ултразвук в определени интервали. Прецизно контролиран вход на ултразвукова енергия позволява да се повлияе на растежа на кристалите, за да се получи специално за даден размер на кристала.

Високопроизводителни ultrasonicators за синтез

Hielscher Ultrasonics доставя мощни и надеждни ултразвукови процесори за сонохимични приложения, включително соно-синтез и соно-катализа. Ултразвуковото смесване и диспергиране увеличава масовия трансфер и насърчава омокрянето и последващото нуклеиране на атомни клъстери, за да утаи наночастици. Ултразвуковият синтез на наночастици е прост, рентабилен, биосъвместим, възпроизводим, бърз и безопасен метод.
Hielscher Ultrasonics доставя мощни и прецизно контролируеми ултразвукови процесори за нуклеация и утаяване на наноматериали. Всички цифрови устройства са оборудвани с интелигентен софтуер, цветен сензорен дисплей, автоматично записване на данни на вградена SD-карта и разполагат с интуитивно меню за лесна и безопасна работа.
Покривайки пълната мощност от 50 вата ръчни ultrasonicators за лабораторията до 16,000 вата мощни промишлени ултразвукови системи, Hielscher има идеалната ултразвукова настройка за вашето приложение. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки условия и в трудни среди.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: