نانوساختارهای ZnO رشد یافته توسط سنتز اولتراسونیک
سنتز نانوذرات اولتراسونیک توجه فزاینده ای را به دلیل توانایی آن در تولید نانومواد با اندازه کنترل شده، مورفولوژی و تبلور در شرایط واکنش خفیف به دست آورده است. این تکنیک از کاویتاسیون صوتی برای تولید دما و فشارهای بالا موضعی استفاده می کند و باعث افزایش هسته و رشد نانوذرات می شود. در مقایسه با روش های سنتز معمولی، سنتز مافوق صوت ارائه می دهد مزایایی مانند نرخ واکنش سریع، مقیاس پذیری، و توانایی تنظیم دقیق خواص ساختاری با اصلاح پارامترهای واکنش.
ما با استفاده از سنتز نانوساختارهای ZnO به عنوان یک مورد نمونه برای برجسته کردن مزایای سنتز نانوذرات مافوق صوت با ساختارهای اصلاح شده. مطالعه مورالس-فلورس و همکاران (2013) نقش سنتز سونوشیمیایی را در کنترل مورفولوژی نانوساختارهای ZnO بررسی می کند. با استفاده از Hielscher پروب نوع فراصوت UP400St (400 وات، 24 کیلوهرتز)، محققان نشان دادند که چگونه تغییرات در شرایط واکنش، به ویژه pH، بر مورفولوژی نهایی، خواص ساختاری و رفتار فوتولومینسانس نانوساختارهای ZnO تأثیر می گذارد.
Ultrasonicator UP400St برای سنتز سونوشیمیایی نانوذرات
راه اندازی آزمایشی – سنتز نانوذرات اکسید روی با استفاده از فراصوت
محلول های آبی استات روی (068/0 مولار) تحت تابش فراصوت در توان اتلاف 40 وات تحت جریان آرگون قرار گرفتند. pH واکنش بین 7 تا 10 با استفاده از هیدروکسید آمونیوم (NH4OH) تنظیم شد که به طور قابل توجهی بر مورفولوژی ساختارهای ZnO سنتز شده تأثیر گذاشت. فرآیند سونوشیمیایی باعث ایجاد حفره صوتی شد و شرایط موضعی با دمای بالا و فشار بالا ایجاد کرد که هسته و رشد ZnO را تقویت می کرد.
تأثیر pH بر مورفولوژی و ویژگی های ساختاری
میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورفولوژی های متمایز را در سطوح مختلف pH نشان داد:
- pH 7.0: تشکیل نانوساختارهای ZnO میله ای مانند (عرض 86 نانومتر، طول 1182 نانومتر) با فاز مخلوط ZnO/Zn(OH)2.
- pH 7.5-8.0: انتقال به میله های وجهی و میله های انتهای فنجان (~250-430 نانومتر طول، عرض 135-280 نانومتر).
- pH 9.0: نانوساختارهای ZnO دوکی شکل (طول ~256 نانومتر، عرض 95 نانومتر) با ریزکرنش بالا.
- pH 10.0: نانومیلگردهای وجهی یکنواخت (طول ~407 نانومتر، عرض 278 نانومتر) با چگالی نقص کاهش یافته.
میکروگراف های SEM از نانوساختارهای ZnO سنتز شده به صورت اولتراسونیک در (الف) pH 7، (ب) pH 7.5، (ج) pH 8، d) pH 9،
و (ه) pH 10 مخلوط واکنش.
(مطالعه و تصاویر: ©فلورس-مورالس و همکاران، 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.
خواص نوری و کنترل نقص
تجزیه و تحلیل فوتولومینسانس دمای اتاق (PL) دو باند اصلی انتشار را برجسته کرد:
- انتشار اشعه ماوراء بنفش (~ 380 نانومتر): انتقال های اکسیتونیک نزدیک به لبه باند.
- انتشار قابل مشاهده (~ 580 نانومتر): همراه با نقص های ساختاری مانند جای خالی اکسیژن و نقص بینابینی.
قابل ذکر است که افزایش pH منجر به افزایش شدت انتشار مرتبط با نقص تا pH 9 می شود که به افزایش سطح و عیوب شبکه نسبت داده می شود. با این حال، در pH 10، شدت انتشار نقص به دلیل کاهش عیوب سطحی و شبکه کاهش یافت.
“نانوساختارهای اکسید روی از مورفولوژی های مختلف را می توان با هیدرولیز اولتراسونیک استات روی در محلول آبی با کنترل سرعت هیدرولیز آن از طریق تنظیم pH ساخت. در حالی که یک محلول pH 7 یا کمتر نانوساختارهای ZnO ناخالص مخلوط با فاز Zn(OH)2 تولید می کند، مقادیر pH بالاتر مخلوط واکنش، نانوساختارهای ZnO را در فاز شش ضلعی خالص تولید می کند. با کنترل pH محلول بین 5/7 تا 10، نانوساختارهای اکسید روی خالص فاز با مورفولوژی متنوع می توان تولید کرد و غلظت عیوب ساختاری و سطحی آنها را کنترل کرد. استفاده از امواج فراصوت کم توان برای سنتز شیمیایی نانوساختارهای اکسید روی به طور موثر نشان داده شده است.”
فلورس-مورالس و همکاران، 2013
این مطالعه تأثیر عمیق تابش فراصوت با استفاده از UP400St بر سنتز نانوساختار اکسید روی را نشان می دهد. با تنظیم pH، محققان با موفقیت مورفولوژی، تبلور و چگالی نقص را تعدیل کردند. این یافته ها پتانسیل روش های سونوشیمیایی را برای سنتز نانوذرات متناسب برجسته می کند و مسیرهایی را برای کاربردها در اپتوالکترونیک و کاتالیز ارائه می دهد.
بهترین Sonicator را برای سنتز نانوذرات خود دریافت کنید
Hielscher کاوشگر نوع فراصوت برای قدرت خود را مشهور, قابلیت اطمینان, دقت, و کاربر پسند بودن, و آنها را انتخاب ایده آل برای سنتز نانوذرات. این پردازنده های اولتراسونیک با فناوری پیشرفته و مهندسی قوی، کنترل بی نظیری را بر واکنش های سونوشیمیایی ارائه می دهند و از تکرارپذیری و کارایی اطمینان حاصل می کنند. به عنوان مثال، UP400St ورودی انرژی دقیق و تنظیمات قابل تنظیم را فراهم می کند و به محققان اجازه می دهد تا شرایط سنتز را برای مورفولوژی و تبلور نانوذرات بهینه تنظیم کنند. این که آیا برای تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی و یا کاربردهای صنعتی، ماسونکاتورهای Hielscher تضمین عملکرد بالا و سهولت استفاده، تحکیم شهرت خود را به عنوان یک انتخاب بالا برای سنتز سونوشیمیایی.
از قدرت اولتراسونیک برای سنتز نانوذرات استفاده کنید!
- راندمان بالا
- تکنولوژی روز
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- کنترل فرآیند قابل تنظیم و دقیق
- دسته & درون خطی
- برای هر حجمی – از آزمایشگاه تا مقیاس تولید
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مثال، قابل برنامه ریزی، پروتکل داده ها، کنترل از راه دور)
- آسان و ایمن برای کار
- تعمیر و نگهداری کم
- CIP (تمیز کردن در محل)
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.
Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 0.5 تا 1.5 میلی لیتر | ن.ا. | VialTweeter(ویال گروهی) |
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000hdT |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000hdT |
Caution: Video "duration" is missing
هموژنایزر التراسونیک UIP1000hdT، یک فراصوت قدرتمند 1000 وات برای سنتز نانوذرات مانند نانوذرات اکسید روی از طریق شیمی سبز
پرسش و پاسخهای متداول
نانوذرات ZnO برای چه مواردی استفاده می شوند؟
نانوذرات اکسید روی به دلیل خواص نوری، الکتریکی و ضد میکروبی منحصر به فردشان به طور گسترده در کاربردهای زیست پزشکی، فوتوکاتالیز، حسگرها، محافظ اشعه ماوراء بنفش، پوشش های ضد باکتریایی و اپتوالکترونیک استفاده می شوند.
روش های سنتز نانوذرات اکسید روی چیست؟
روش های رایج سنتز نانوذرات اکسید روی شامل سل-ژل، رسوب، گرمایی، محلول گرمایی و سنتز سبز است. هر روش بر اندازه ذرات، مورفولوژی و تبلور تأثیر می گذارد و بر عملکرد آنها در کاربردهای مختلف تأثیر می گذارد.
خواص سنتز و کاربردهای نانوذرات اکسید روی چیست؟
نانوذرات اکسید روی سطح بالا، جذب اشعه ماوراء بنفش قوی، پیزوالکتریک و فعالیت فوتوکاتالیستی را نشان می دهند. سنتز آنها بر خواصی مانند توزیع اندازه، خلوص فاز و عیوب سطح تأثیر می گذارد که برای کاربردها در اصلاح محیط، تحویل دارو و ذخیره انرژی بسیار مهم هستند.
کدام روش برای سنتز نانوذرات بهتر است؟
بهترین روش برای سنتز نانوذرات به خواص و کاربرد مورد نظر بستگی دارد. سنتز سونوشیمیایی، که از تابش اولتراسونیک استفاده می کند، برای تولید نانوذرات ZnO با اندازه کنترل شده، خلوص بالا و سطح افزایش یافته بسیار موثر است. این هسته سازی سریع را تقویت می کند، از تجمع جلوگیری می کند و می تواند با روش های هیدروترمال یا سل-ژل برای بهبود تبلور و پراکندگی ترکیب شود. این رویکرد به دلیل بهره وری انرژی و توانایی تولید نانوساختارهای یکنواخت به ویژه برای کاربردهای زیست پزشکی، کاتالیزوری و حسگر سودمند است.
اطلاعات بیشتر در مورد واکنش های التراسونیک سل ژل!
پایداری شیمیایی نانوذرات اکسید روی چگونه است؟
نانوذرات اکسید روی پایداری شیمیایی متوسطی از خود نشان می دهند اما می توانند در محیط های اسیدی دچار انحلال و تجزیه نوری در معرض اشعه ماوراء بنفش طولانی مدت شوند. تغییرات سطحی و دوپینگ می تواند پایداری آنها را در کاربردهای خاص بهبود بخشد.
ادبیات / منابع
- 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.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.