ZnO nanostrukturer dyrket ved ultralydssyntese

Ultralyd nanopartikelsyntese har fået stigende opmærksomhed på grund af dens evne til at producere nanomaterialer med kontrolleret størrelse, morfologi og krystallinitet under milde reaktionsforhold. Teknikken udnytter akustisk kavitation til at generere lokaliserede høje temperaturer og tryk, hvilket fremmer forbedret kimdannelse og vækst af nanopartikler. Sammenlignet med konventionelle syntesemetoder giver ultralydsyntese fordele såsom hurtige reaktionshastigheder, skalerbarhed og evnen til at finjustere strukturelle egenskaber ved at ændre reaktionsparametre.

Vi bruger syntesen af ZnO-nanostrukturer som et eksempel på at fremhæve fordelene ved ultralydsnanopartikelsyntese med modificerede strukturer. Undersøgelsen af Morales-Flores et al. (2013) udforsker den sonokemiske synteses rolle i styringen af morfologien af ZnO-nanostrukturer. Ved hjælp af Hielscher-sonde-type sonde-type sonde-soniker UP400St (400 watt, 24 kHz) demonstrerede forskerne, hvordan variationer i reaktionsbetingelser, især pH, påvirker den endelige morfologi, strukturelle egenskaber og fotoluminescensadfærd af ZnO-nanostrukturer.

Eksperimentel opsætning – ZnO Nanopartikelsyntese ved hjælp af sonikering

Vandige opløsninger af zinkacetat (0,068 M) blev udsat for ultralydsbestråling ved 40 W spredt effekt under argonstrøm. Reaktionens pH blev justeret mellem 7 og 10 ved hjælp af ammoniumhydroxid (NH4OH), hvilket signifikant påvirkede morfologien af de syntetiserede ZnO-strukturer. Den sonokemiske proces inducerede akustisk kavitation, hvilket genererede lokaliserede højtemperatur- og højtryksforhold, der fremmede ZnO-kimdannelse og vækst.

Indflydelse af pH på morfologi og strukturelle egenskaber

Scanningselektronmikroskopi (SEM) afslørede forskellige morfologier på forskellige pH-niveauer:

• pH 7,0: Dannelse af stavlignende ZnO-nanostrukturer (86 nm bredde, 1182 nm længde) med en blandet ZnO/Zn(OH)2-fase.
• pH 7,5-8,0: Overgang til facetteret stang og kopendisstænger (~250–430 nm længde, 135–280 nm bredde).
• pH 9,0: Spindelformede ZnO-nanostrukturer (~256 nm længde, 95 nm bredde) med høj mikrobelastning.
• pH 10,0: Ensartede facetterede nanobarer (~407 nm længde, 278 nm bredde) med reduceret defekttæthed.

SEM-mikrobilleder af ultralydsyntetiserede ZnO-nanostrukturer dyrket ved a) pH 7, b) pH 7,5, c) pH 8, d) pH 9,og e) pH 10 i reaktionsblandingen.(Studie og billeder: ©Flores-Morales et al., 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.

Optiske egenskaber og defektkontrol

Analyse af stuetemperatur fotoluminescens (PL) fremhævede to hovedemissionsbånd:

• Ultraviolet emission (~380 nm): Excitoniske overgange nær båndkanten.
• Synlig emission (~580 nm): Forbundet med strukturelle defekter såsom iltledige pladser og interstitielle defekter.

Især førte en forøgelse af pH til højere defektrelateret emissionsintensitet op til pH 9, der tilskrives øget overfladeareal og gitterfejl. Ved pH 10 faldt intensiteten af defektemissioner imidlertid på grund af reducerede overflade- og gitterdefekter.

“ZnO-nanostrukturer af forskellige morfologier kunne fremstilles ved ultralydshydrolyse af zinkacetat i vandig opløsning ved at kontrollere dets hydrolysehastighed gennem pH-justering. Mens en opløsning pH 7 eller lavere producerer urene ZnO-nanostrukturer blandet med Zn(OH)2-fase, producerer højere pH-værdier af reaktionsblandingen ZnO-nanostrukturer i ren sekskantet fase. Kontrol af opløsningens pH mellem 7,5 og 10 faserene ZnO-nanostrukturer med varieret morfologi kunne produceres, og koncentrationen af deres strukturelle og overfladedefekter kunne kontrolleres. Udnyttelse af ultralyd med lav effekt til kemisk syntese af ZnO nanostrukturer effektivt er blevet demonstreret.”
Flores-Morales et al., 2013

Denne undersøgelse illustrerer den dybe indvirkning af ultralydsbestråling ved hjælp af UP400St på ZnO nanostruktursyntese. Ved at justere pH-værdien har forskerne med succes moduleret morfologi, krystallinitet og defekttæthed. Resultaterne fremhæver potentialet i sonokemiske metoder til skræddersyet nanopartikelsyntese, der tilbyder veje til anvendelser inden for optoelektronik og katalyse.

Få den bedste soniker til din nanopartikelsyntese

Hielscher sonde-type sonde-type sondeapparater er kendt for deres kraft, pålidelighed, præcision og brugervenlighed, hvilket gør dem til det ideelle valg til nanopartikelsyntese. Med banebrydende teknologi og robust teknik tilbyder disse ultralydsprocessorer uovertruffen kontrol over sonokemiske reaktioner, hvilket sikrer reproducerbarhed og effektivitet. UP400St, for eksempel, giver præcis energitilførsel og tilpassede indstillinger, hvilket giver forskere mulighed for at skræddersy syntesebetingelser for optimal nanopartikelmorfologi og krystallinitet. Uanset om det er til forskning i laboratorieskala eller industrielle applikationer, garanterer Hielscher sonikere høj ydeevne og brugervenlighed, hvilket styrker deres ry som et topvalg til sonokemisk syntese.
Udnyt kraften i ultralyd til nanopartikelsyntese!
 

Design, produktion og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielscher ultralydapparater er kendt for deres højeste kvalitet og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør en jævn integration af vores ultralydapparater i industrielle faciliteter. Hårde forhold og krævende miljøer håndteres let af Hielscher ultralydsapparater.

Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: