Το νανο-ασήμι είναι χρήση για τις αντιβακτηριακές του ιδιότητες για την ενίσχυση των υλικών στην ιατρική και την επιστήμη των υλικών. Ultrasonication επιτρέπει την ταχεία, αποτελεσματική, ασφαλή, και φιλική προς το περιβάλλον σύνθεση των σφαιρικών νανοσωματιδίων αργύρου στο νερό. Η υπερηχητική σύνθεση νανοσωματιδίων μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί από μικρή σε μεγάλη παραγωγή.

Ultrasonically-υποβοηθούμενη σύνθεση κολλοειδούς νανο-αργύρου

Η sonochemical σύνθεση, που είναι συνθετικές αντιδράσεις κάτω από την υπερηχητική ακτινοβολία, χρησιμοποιείται ευρέως για να παραγάγει τα νανοσωματίδια όπως το ασήμι, ο χρυσός, ο μαγνητίτης, υδροξυαπατίτη, Χλωροκίνη, Περοβσκίτης, κόμμι και πολλά άλλα νανο-υλικά.

Υπερηχητική υγρή-χημική σύνθεση

Για νανοσωματίδια αργύρου, είναι γνωστές αρκετές διαδρομές σύνθεσης με υπερήχους. Παρακάτω, παρουσιάζεται μια διαδρομή σύνθεσης υπερήχων χρησιμοποιώντας το μέλι ως αναγωγικά και ligand capping agents. Τα συστατικά του μελιού όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη είναι υπεύθυνα για το ρόλο τους τόσο ως ανώτατο όριο όσο και ως αναγωγικός παράγοντας στη διαδικασία σύνθεσης.
Όπως και οι πιο κοινές μέθοδοι για τη σύνθεση νανοσωματιδίων, η υπερηχητική σύνθεση νανο-αργύρου εμπίπτει επίσης στην κατηγορία της υγρής χημείας. Ultrasonication προωθεί τον πυρήνα των νανοσωματιδίων αργύρου μέσα σε ένα διάλυμα. Ο υπερηχητικά προωθημένος πυρήνας εμφανίζεται όταν ένας ασημένιος πρόδρομος (ασημένιο ιονικό συγκρότημα), π.χ. νιτρικό ασήμι (AgNO₃) ή ασημί περχλωρικό (AgClO₄), μειώνεται σε κολλοειδές ασήμι παρουσία ενός αναγωγικού παράγοντα, όπως το μέλι. Υπό την προϋπόθεση ότι η συγκέντρωση των ιόντων αργύρου στο διάλυμα αυξάνεται αρκετά, τα διαλυμένα μεταλλικά ιόντα αργύρου δεσμεύονται μεταξύ τους και σχηματίζουν μια σταθερή επιφάνεια. Όταν το σύμπλεγμα των ιόντων αργύρου εξακολουθεί να είναι μικρό, είναι μια ενεργειακά δυσμενής κατάσταση λόγω ενός αρνητικού ενεργειακού ισοζυγίου. Το αρνητικό ενεργειακό ισοζύγιο εμφανίζεται δεδομένου ότι η ενέργεια που κερδίζεται με τη μείωση της συγκέντρωσης των διαλυμένων αργύρου σωματιδίων είναι χαμηλότερη από την ενέργεια που δαπανάται με τη δημιουργία μιας νέας επιφάνειας.
Όταν το σύμπλεγμα φτάσει στην κρίσιμη ακτίνα, που είναι το σημείο όταν γίνεται ενεργειακά ευνοϊκό, είναι αρκετά σταθερό για να συνεχίσει να αναπτύσσεται. Κατά τη διάρκεια της φάσης ανάπτυξης, περισσότερα ασημένια άτομα διαχέονται μέσω του διαλύματος και συνδέονται με την επιφάνεια. Όταν η συγκέντρωση του διαλυμένου ατομικού αργύρου μειώνεται σε ένα ορισμένο σημείο, το όριο πυρήνωσης επιτυγχάνεται έτσι ώστε τα άτομα να μην μπορούν να δεσμευτούν περισσότερο μαζί για να σχηματίσουν έναν σταθερό πυρήνα. Σε αυτό το όριο πυρήνωσης, η ανάπτυξη νέων νανοσωματιδίων παύει και το υπόλοιπο διαλυμένο ασήμι απορροφάται από τη διάχυση στα αναπτυσσόμενα νανοσωματίδια του διαλύματος.
Υπερήχηση προωθεί τη μαζική μεταφορά, δηλαδή το διαβροχή των συστάδων, η οποία οδηγεί σε μια ταχύτερη πυρήνωση. Με ακριβώς ελεγχόμενη υπερήχηση, ο ρυθμός ανάπτυξης, το μέγεθος και το σχήμα των δομών νανοσωματιδίων μπορούν να προσδιοριστούν.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα για μια άλλη πράσινη μέθοδο για να συνθέσετε ultrasonically νανο-ασήμι χρησιμοποιώντας καραγενάνη!

Σύγκριση συμβατικών μεθόδων και πράσινων μεθόδων σύνθεσης της σύνθεσης νανοσωματιδίων.

Περιπτωσιολογική μελέτη της υπερηχητικής νανο-ασημένιας σύνθεσης

Υλικά: νιτρικό ασήμι (AgNO₃) ως πρόδρομος του αργύρου· μέλι ως ανώτατο όριο / μείωση του μέσου? Νερό
Υπερηχητική συσκευή: UP400St

Πρωτόκολλο υπερηχητικής σύνθεσης

Οι καλύτερες συνθήκες για τη σύνθεση των κολλοειδούς νανοσωματιδίων αργύρου βρέθηκαν να είναι οι εξής: Μείωση του νιτρικού αργύρου υπό υπερήχων με τη μεσολάβηση φυσικού μελιού. Εν συντομία, 20 ml διαλύματος νιτρικού αργύρου (0,3 M) που περιέχει μέλι (20 wt%) εκτέθηκε σε υψηλής έντασης υπερηχογραφική ακτινοβολία υπό συνθήκες περιβάλλοντος για 30 λεπτά. UP400S (400W, 24 kHz) βυθίζεται απευθείας στο διάλυμα αντίδρασης.

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων ag-NPs συντίθεται σε βέλτιστες συνθήκες. συγκεντρώσεις αργύρου (0,3 M), συγκεντρώσεις μελιού (20 wt%), και χρόνος υπερηχητικής ακτινοβολίας (30 λεπτά)
πηγή εικόνας: Oskuee et al. 2016

Το μέλι τροφίμων-βαθμού χρησιμοποιείται ως ανώτατο όριο/σταθεροποιώντας και μειώνοντας τον πράκτορα, ο οποίος καθιστά το υδατικό διάλυμα πυρήνων και τα κατακρημνισμένα νανοσωματίδια καθαρά και ασφαλή για τις πολλαπλές εφαρμογές.
Καθώς ο χρόνος υπερήχων αυξάνεται, τα νανοσωματίδια αργύρου μικραίνουν και η συγκέντρωσή τους ενισχύεται.
Στο υδατικό διάλυμα μελιού, η υπερήχηση είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει το σχηματισμό νανοσωματιδίων αργύρου. Οι παράμετροι υπερήχησης όπως το πλάτος, ο χρόνος και ο συνεχής vs παλλόμενη υπερηχογράφημα είναι σημαντικοί παράγοντες που επιτρέπουν τον έλεγχο του μεγέθους και της ποσότητας των νανοσωματιδίων αργύρου.

Αποτέλεσμα υπερηχητικής σύνθεσης νανοσωματιδίων αργύρου

Η υπερηχητικά προωθημένη, με τη μεσολάβηση με μέλι σύνθεση με UP400St είχε ως αποτέλεσμα σφαιρικά νανοσωματίδια αργύρου (Ag-NPs) με μέσο μέγεθος σωματιδίων περίπου 11,8nm. Η υπερηχητική σύνθεση των νανοσωματιδίων αργύρου είναι μια απλή και γρήγορη μέθοδος ενός δοχείου. Η χρήση του νερού και του μελιού ως υλικά, καθιστά την αντίδραση οικονομικά αποδοτική και εξαιρετικά φιλική προς το περιβάλλον.
Η παρουσιασμένη τεχνική της υπερηχητικής σύνθεσης χρησιμοποιώντας το μέλι ως μειώνοντας και καλύπτοντας πράκτορας μπορεί να επεκταθεί σε άλλα ευγενή μέταλλα, όπως ο χρυσός, το παλλάδιο, και ο χαλκός, ο οποίος προσφέρει τη διάφορη πρόσθετη εφαρμογή από την ιατρική στη βιομηχανία.

Εικόνα TEM (A) και η κατανομή μεγέθους σωματιδίων (B) των Ag-NPs συντίθενται υπό βέλτιστες συνθήκες.

Επηρεασμός πυρήνωσης και μέγεθος σωματιδίων από υπερήχηση

Ο υπέρηχος δίνει τη δυνατότητα για την παραγωγή νανοσωματιδίων, όπως νανοσωματίδια αργύρου προσαρμοσμένα στις απαιτήσεις. Τρεις γενικές επιλογές της υπερήχησης έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην έξοδο:
Αρχική Η ηχητική επεξεργασία: Η σύντομη εφαρμογή των κυμάτων υπερήχων σε ένα υπερκορεσμένο διάλυμα μπορεί να ξεκινήσει τη σπορά και το σχηματισμό πυρήνων. Δεδομένου ότι η υπερήχηση εφαρμόζεται μόνο κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου, η επακόλουθη αύξηση κρυστάλλου προχωρά ανεμπόδιστα με συνέπεια τα μεγαλύτερα κρύσταλλα.
Συνεχής υπερηχητική επεξεργασία: Η συνεχής ακτινοβολία του υπερκορεσμένου διαλύματος οδηγεί σε μικρούς κρυστάλλους, καθώς η μη διώχθηκε ultrasonication δημιουργεί πολλούς πυρήνες με αποτέλεσμα την ανάπτυξη πολλών μικρών κρυστάλλων.
Παλμική κατεργασία με υπερήχους: Παλμικό υπερηχογράφημα σημαίνει την εφαρμογή υπερήχων σε καθορισμένα διαστήματα. Μια ακριβώς ελεγχόμενη εισαγωγή της υπερηχητικής ενέργειας επιτρέπει να επηρεάσει την ανάπτυξη των κρυστάλλων, προκειμένου να επιτευχθεί ένα προσαρμοσμένο μέγεθος κρυστάλλου.

Υπερηχητικοί υψηλής απόδοσης για σύνθεση

Hielscher Υπερήχων παρέχει ισχυρό και αξιόπιστο υπερήχων επεξεργαστές για sonochemical εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων sono-σύνθεση και sono-κατάλυση. Η υπερηχητική ανάμειξη και διασπορά αυξάνει τη μεταφορά μάζας και προωθεί το διαβροχή και τον επακόλουθο πυρήνα των συστάδων ατόμων προκειμένου να κατακρημνίσει τα νανοσωματίδια. Η υπερηχητική σύνθεση των νανοσωματιδίων είναι μια απλή, οικονομικά αποδοτική, βιοσυμβατή, αναπαραγώγιμη, γρήγορη και ασφαλής μέθοδος.
Hielscher Υπερήχων παρέχει ισχυρό και με ακρίβεια ελεγχόμενη υπερήχων επεξεργαστές για την πυρήνωση και την καθίζηση των νανο-υλικών. Όλες οι ψηφιακές συσκευές είναι εξοπλισμένες με έξυπνο λογισμικό, έγχρωμη οθόνη αφής, αυτόματη εγγραφή δεδομένων σε ενσωματωμένη κάρτα SD και διαθέτουν ένα διαισθητικό μενού για φιλική προς το χρήστη και ασφαλή λειτουργία.
Καλύπτοντας την πλήρη σειρά ισχύος από 50 Watt χειρός υπερήχων για το εργαστήριο μέχρι 16.000 Watts ισχυρά βιομηχανικά υπερηχητικά συστήματα, Hielscher έχει την ιδανική υπερηχητική ρύθμιση για την εφαρμογή σας. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού του Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 σε βαρέων καθηκόντων και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: