ZnO nanostruktuurid, mis on kasvatatud ultraheli sünteesiga

Ultraheli nanoosakeste süntees on pälvinud üha suuremat tähelepanu tänu oma võimele toota kontrollitud suuruse, morfoloogia ja kristallilisusega nanomaterjale leebetes reaktsioonitingimustes. Tehnika kasutab akustilist kavitatsiooni, et tekitada lokaalselt kõrgeid temperatuure ja rõhke, mis soodustavad nanoosakeste tugevamat tuumumist ja kasvu. Võrreldes tavapäraste sünteesimeetoditega pakub ultraheli süntees selliseid eeliseid nagu kiired reaktsioonikiirused, skaleeritavus ja võimalus struktuuriomadusi reaktsiooniparameetreid muutes täppisreguleerida.

Kasutame ZnO nanostruktuuride sünteesi näidisjuhtumina, et tuua esile ultraheli nanoosakeste sünteesi eeliseid modifitseeritud struktuuridega. Morales-Floresi et al. (2013) uuring käsitleb sonokeemilise sünteesi rolli ZnO nanostruktuuride morfoloogia kontrollimisel. Kasutades Hielscheri sondtüüpi sonikaatorit UP400St (400 vatti, 24 kHz), näitasid teadlased, kuidas reaktsioonitingimuste, eelkõige pH muutused mõjutavad ZnO nanostruktuuride lõplikku morfoloogiat, struktuuriomadusi ja fotoluminestsentsi käitumist.

Katseseadistus – ZnO nanoosakeste süntees ultraheli töötlusega (sonikeerimisega)

Tsinkatsetaadi (0,068 M) vesilahuseid töödeldi ultrahelikiirgusega 40 W hajutatud võimsusel argooni voolu all. Reaktsiooni pH reguleeriti vahemikku 7 kuni 10 ammooniumhüdroksiidi (NH4OH) abil, mis mõjutas oluliselt sünteesitud ZnO struktuuride morfoloogiat. Sonokeemiline protsess tekitas akustilist kavitatsiooni, mis lõi lokaalselt kõrge temperatuuri ja kõrge rõhu tingimused, mis soodustasid ZnO tuumumist ja kasvu.

pH mõju morfoloogiale ja struktuuriomadustele

Skaneeriv elektronmikroskoopia (SEM) näitas erinevatel pH tasemetel selgelt erinevaid morfoloogiaid:

• pH 7,0: Varrastaoliste ZnO nanostruktuuride (laius 86 nm, pikkus 1182 nm) teke segatud ZnO/Zn(OH)2 faasiga.
• pH 7,5–8,0: Üleminek fassettidega varrastele ja kausjate otstega varrastele (~250–430 nm pikkus, 135–280 nm laius).
• pH 9,0: Spindlikujulised ZnO nanostruktuurid (~256 nm pikkus, 95 nm laius) suure mikropingega.
• pH 10,0: Ühtlased fassettidega nanovardad (~407 nm pikkus, 278 nm laius) vähenenud defektide tihedusega.

Ultraheli sünteesiga kasvatatud ZnO nanostruktuuride SEM-mikrofotod reaktsioonisegu pH juures (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
ja (e) pH 10.
(Uuring ja pildid: ©Flores-Morales et al., 2013)

Röntgendifraktsioon (XRD) kinnitas heksagonaalse wurtsiit-ZnO olemasolu pH > 7 korral, kusjuures kõrgemate pH väärtuste juures olid kristallilisus ja terade kasv tugevamad.

Optilised omadused ja defektide kontroll

Toatemperatuuril tehtud fotoluminestsentsi (PL) analüüs tõi esile kaks peamist emissioonivööndit:

• Ultraviolettkiirguse emissioon (~380 nm): Lähivöönd-serva eksitoonsed üleminekud.
• Nähtav emissioon (~580 nm): Seotud struktuursete defektidega, nagu hapnikuvakantsid ja sõlmedevahelised defektid.

Märkimisväärselt viis pH tõstmine defektidega seotud emissiooni intensiivsuse suurenemiseni kuni pH 9-ni, mida seostati suurenenud pindalaga ja võrekõrvalekalletega. Kuid pH 10 juures defektiemissioonide intensiivsus vähenes tänu vähenenud pinna- ja võredefektidele.

“Erineva morfoloogiaga ZnO nanostruktuure võib valmistada tsinkatsetaadi ultraheli hüdrolüüsil vesilahuses, kontrollides selle hüdrolüüsikiirust pH reguleerimise kaudu. Kui lahuse pH 7 või madalam annab ebapuhtaid ZnO nanostruktuure, mis on segunenud Zn(OH)2 faasiga, siis reaktsioonisegu kõrgemad pH väärtused annavad ZnO nanostruktuure puhtas heksagonaalses faasis. Kontrollides lahuse pH-d vahemikus 7,5 kuni 10, võis toota faasipuhtaid ZnO nanostruktuure, millel oli erinev morfoloogia, ning nende struktuursete ja pinnadefektide kontsentratsiooni sai kontrollida. On näidatud, et väikese võimsusega ultraheli kasutamine ZnO nanostruktuuride keemiliseks sünteesiks on tõhus.”
Flores-Morales et al., 2013

See uuring illustreerib UP400St abil teostatud ultrahelikiirguse sügavat mõju ZnO nanostruktuuride sünteesile. pH häälestamisega moduleerisid teadlased edukalt morfoloogiat, kristallilisust ja defektide tihedust. Tulemused toovad esile sonokeemiliste meetodite potentsiaali kohandatud nanoosakeste sünteesiks, pakkudes teid rakendusteks optoelektroonikas ja katalüüsis.

Hankige parim sonikaator oma nanoosakeste sünteesiks

Hielscheri sondtüüpi sonikaatoreid tuntakse nende võimsuse, töökindluse, täpsuse ja kasutajasõbralikkuse poolest, mistõttu on need ideaalne valik nanoosakeste sünteesiks. Tipptehnoloogia ja töökindla inseneritöö abil pakuvad need ultraheliprotsessorid võrreldamatut kontrolli sonokeemiliste reaktsioonide üle, tagades korratavuse ja tõhususe. UP400St pakub näiteks täpset energiasisendit ja kohandatavaid seadeid, võimaldades teadlastel kohandada sünteesitingimusi optimaalse nanoosakeste morfoloogia ja kristallilisuse saavutamiseks. Olgu tegemist laborimastaabis uuringute või tööstuslike rakendustega, Hielscheri sonikaatorid tagavad suure jõudluse ja kasutuslihtsuse, kinnitades oma mainet sonokeemilise sünteesi tippvalikuna.
Kasutage ära ultraheli võimsust nanoosakeste sünteesiks!
 

Disain, tootmine ja nõustamine – Saksamaal valmistatud kvaliteet

Hielscheri ultraheli seadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie ultraheli seadmete sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad ei valmista Hielscheri ultraheli seadmetele raskusi.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultraheli seadmetele, mis ühendavad tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkuse. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheli seadmed CE nõuetele ning UL-i, CSA ja RoHs nõuetele.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest: