Le nano-argent est utilisé pour ses propriétés antibactériennes afin de renforcer les matériaux en médecine et en science des matériaux. Les ultrasons permettent une synthèse rapide, efficace, sûre et écologique des nanoparticules d'argent sphériques dans l'eau. La synthèse de nanoparticules par ultrasons peut être facilement mise à l'échelle pour passer d'une petite à une grande production.

Synthèse assistée par ultrasons de nano-argent colloïdal

Les synthèses sonochimiques, qui sont des réactions synthétiques sous irradiation ultrasonique, sont largement utilisées pour produire des nanoparticules telles que l'argent, l'or, la magnétite, hydroxyapatite, Chloroquine, Perovskite, latex et de nombreux autres nanomatériaux.

Synthèse chimique humide par ultrasons

Pour les nanoparticules d'argent, plusieurs voies de synthèse assistées par ultrasons sont connues. Ci-dessous, une voie de synthèse par ultrasons utilisant le miel comme agent réducteur et de recouvrement des ligands, est présentée. Les composants du miel, tels que le glucose et le fructose, sont responsables de son rôle d'agent de couverture et de réduction dans le processus de synthèse.
Comme la plupart des méthodes courantes de synthèse de nanoparticules, la synthèse ultrasonique de nano-argent relève également de la chimie humide. Les ultrasons favorisent la nucléation des nanoparticules d'argent dans une solution. La nucléation favorisée par les ultrasons se produit lorsqu'un précurseur de l'argent (complexe d'ions argent), par exemple le nitrate d'argent (AgNO₃) ou le perchlorate d'argent (AgClO₄), est réduit en argent colloïdal en présence d'un agent réducteur, tel que le miel. À condition que la concentration d'ions argent dans la solution augmente suffisamment, les ions argent métalliques dissous se lient entre eux et forment une surface stable. Lorsque l'amas d'ions argent est encore petit, il s'agit d'une condition énergétiquement défavorable en raison d'un bilan énergétique négatif. Le bilan énergétique négatif se produit car l'énergie gagnée en diminuant la concentration des particules d'argent dissoutes est inférieure à l'énergie dépensée en créant une nouvelle surface.
Lorsque l'amas atteint le rayon critique, c'est-à-dire le moment où il devient énergétiquement favorable, il est suffisamment stable pour continuer à croître. Pendant la phase de croissance, davantage d'atomes d'argent diffusent à travers la solution et se fixent à la surface. Lorsque la concentration d'argent atomique dissous diminue jusqu'à un certain point, le seuil de nucléation est atteint, de sorte que les atomes ne peuvent plus se lier entre eux pour former un noyau stable. À ce seuil de nucléation, la croissance de nouvelles nanoparticules cesse, et l'argent dissous restant est absorbé par diffusion dans les nanoparticules en croissance dans la solution.
La sonication favorise le transfert de masse, c'est-à-dire le mouillage des amas, ce qui entraîne une nucléation plus rapide. La sonication contrôlée avec précision permet de déterminer le taux de croissance, la taille et la forme des structures des nanoparticules.
Cliquez ici pour en savoir plus sur une autre méthode verte de synthèse de nano-argent par ultrasons à l'aide de carraghénine !

Comparaison des méthodes conventionnelles et des méthodes de synthèse verte de la synthèse des nanoparticules.

Étude de cas sur la synthèse de nano-argent par ultrasons

Matériel : le nitrate d'argent (AgNO₃) comme précurseur de l'argent ; le miel comme agent de couverture/réduction ; l'eau
Appareil à ultrasons : UP400St

Protocole de synthèse par ultrasons

Les meilleures conditions pour synthétiser des nanoparticules d'argent colloïdal se sont avérées être les suivantes : Réduction du nitrate d'argent par ultrasons grâce à du miel naturel. Brièvement, 20 ml de solution de nitrate d'argent (0,3 M) contenant du miel (20 % en poids) ont été exposés à une irradiation ultrasonore de haute intensité dans des conditions ambiantes pendant 30 minutes. L'ultrason a été effectué à l'aide d'un ultrasonateur à sonde UP400S (400W, 24 kHz) immergé directement dans la solution de réaction.

Distribution de la taille des particules d'Ag-NP synthétisées dans des conditions optimales ; concentrations d'argent (0,3 M), concentrations de miel (20 % en poids) et temps d'irradiation ultrasonique (30 min)
source de l'image : Oskuee et al. 2016

Le miel de qualité alimentaire est utilisé comme agent de couverture, de stabilisation et de réduction, ce qui rend la solution aqueuse de nucléation et les nanoparticules précipitées propres et sûres pour de nombreuses applications.
Au fur et à mesure que le temps d'ultrasonification augmente, les nanoparticules d'argent deviennent plus petites et leur concentration est accrue.
Dans la solution aqueuse de miel, les ultrasons sont un facteur clé qui influence la formation de nanoparticules d'argent. Les paramètres de la sonication tels que l'amplitude, le temps et les ultrasons continus ou pulsés sont des facteurs majeurs qui permettent de contrôler la taille et la quantité des nanoparticules d'argent.

Résultat de la synthèse ultrasonique de nanoparticules d'argent

La synthèse par ultrasons, à médiation de miel, avec le UP400St a donné naissance à des nanoparticules d'argent sphériques (Ag-NPs) d'une taille moyenne d'environ 11,8 nm. La synthèse ultrasonique des nanoparticules d'argent est une méthode simple et rapide en un seul point. L'utilisation d'eau et de miel comme matériaux rend la réaction rentable et exceptionnellement respectueuse de l'environnement.
La technique présentée de synthèse ultrasonique utilisant le miel comme agent réducteur et de recouvrement peut être étendue à d'autres métaux nobles, tels que l'or, le palladium et le cuivre, ce qui offre diverses applications supplémentaires, de la médecine à l'industrie.

Image TEM (A) et sa distribution granulométrique (B) d'Ag-NPs synthétisés dans des conditions optimales.

Influencer la nucléation et la taille des particules par sonication

Les ultrasons permettent de produire des nanoparticules telles que les nanoparticules d'argent en fonction des besoins. Trois options générales de sonication ont des effets importants sur le rendement :
Première sonication: L'application brève d'ondes ultrasonores à une solution sursaturée peut déclencher l'ensemencement et la formation de noyaux. Comme la sonication n'est appliquée que pendant la phase initiale, la croissance cristalline ultérieure se poursuit sans entrave, ce qui donne des cristaux plus grands.
Sonication continue: L'irradiation continue de la solution sursaturée produit de petits cristaux, car l'ultrasonisation non interrompue crée de nombreux noyaux, ce qui entraîne la croissance de nombreux petits cristaux.
Sonication pulsée : Par ultrasons pulsés, on entend l'application d'ultrasons à intervalles déterminés. Un apport d'énergie ultrasonore contrôlé avec précision permet d'influencer la croissance du cristal afin d'obtenir une taille de cristal adaptée.

Ultrasonateurs de synthèse à haute performance

Hielscher Ultrasons fournit des processeurs ultrasoniques puissants et fiables pour les applications sonochimiques, notamment la sono-synthèse et la sono-catalyse. Le mélange et la dispersion des ultrasons augmentent le transfert de masse et favorisent le mouillage et la nucléation ultérieure des amas d'atomes afin de précipiter les nanoparticules. La synthèse ultrasonique de nanoparticules est une méthode simple, rentable, biocompatible, reproductible, rapide et sûre.
Hielscher Ultrasons fournit des processeurs ultrasoniques puissants et précisément contrôlables pour la nucléation et la précipitation de nanomatériaux. Tous les appareils numériques sont équipés d'un logiciel intelligent, d'un écran tactile en couleur, d'un enregistrement automatique des données sur une carte SD intégrée et d'un menu intuitif pour une utilisation conviviale et sûre.
Couvrant toute la gamme de puissance, des ultrasons portatifs de 50 watts pour le laboratoire jusqu'aux systèmes ultrasoniques industriels de 16 000 watts, Hielscher a l'installation ultrasonique idéale pour votre application. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: