અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ દ્વારા વિકસાવેલી ZnO નેનોસંરચનાઓ

સૌમ્ય પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં નિયંત્રિત કદ, આકારવિજ્ઞાન અને સ્ફટિકીયતા ધરાવતી નેનોસામગ્રીઓ ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતાને કારણે અલ્ટ્રાસોનિક નેનોકણ સંશ્લેષણ તરફ વધુને વધુ ધ્યાન આકર્ષાયું છે. આ તકનીક સ્થાનિક સ્તરે ઊંચાં તાપમાન અને દબાણ ઉત્પન્ન કરવા માટે ધ્વનિક કેવિટેશનનો ઉપયોગ કરે છે, જે નેનોકણોના કેન્દ્રક નિર્માણ અને વૃદ્ધિને વેગ આપે છે. પરંપરાગત સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓની તુલનામાં, અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ ઝડપી પ્રતિક્રિયા દર, પ્રક્રિયાનું પ્રમાણ વધારવાની ક્ષમતા અને પ્રતિક્રિયાના પરિમાણોમાં ફેરફાર કરીને સંરચનાત્મક ગુણધર્મોનું સૂક્ષ્મ સમાયોજન કરવાની ક્ષમતા જેવા ફાયદા આપે છે.

બદલાયેલી સંરચનાઓ ધરાવતા નેનોકણોના અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણના ફાયદા દર્શાવવા માટે અમે ZnO નેનોસંરચનાઓના સંશ્લેષણનો એક ઉદાહરણરૂપ કિસ્સા તરીકે ઉપયોગ કરીએ છીએ. Morales-Flores અને સહલેખકોનો (2013) અભ્યાસ ZnO નેનોસંરચનાઓના આકારવિજ્ઞાનને નિયંત્રિત કરવામાં સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણની ભૂમિકાની તપાસ કરે છે. Hielscher પ્રોબ પ્રકારના સોનિકેટર UP400St (400 watts, 24 kHz)નો ઉપયોગ કરીને સંશોધકોએ દર્શાવ્યું કે પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં, ખાસ કરીને pHમાં, થતા ફેરફારો ZnO નેનોસંરચનાઓના અંતિમ આકારવિજ્ઞાન, સંરચનાત્મક ગુણધર્મો અને પ્રકાશસંદીપ્તિ વર્તનને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરે છે.

પ્રાયોગિક ગોઠવણી – સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ZnO નેનોકણોનું સંશ્લેષણ

ઝિંક એસિટેટના જલીય દ્રાવણો (0.068 M)ને આર્ગોનના પ્રવાહ હેઠળ 40 W વિસર્જિત શક્તિએ અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ આપવામાં આવ્યું હતું. એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NH4OH)નો ઉપયોગ કરીને પ્રતિક્રિયાનું pH 7 અને 10ની વચ્ચે સમાયોજિત કરવામાં આવ્યું હતું, જેનાથી સંશ્લેષિત ZnO સંરચનાઓના આકારવિજ્ઞાન પર નોંધપાત્ર અસર પડી હતી. સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયાએ ધ્વનિક કેવિટેશન પ્રેરિત કર્યું હતું, જેનાથી સ્થાનિક સ્તરે ઊંચા તાપમાન અને ઊંચા દબાણની પરિસ્થિતિઓ સર્જાઈ હતી અને ZnOના કેન્દ્રક નિર્માણ તથા વૃદ્ધિને વેગ મળ્યો હતો.

આકારવિજ્ઞાન અને સંરચનાત્મક ગુણધર્મો પર pHનો પ્રભાવ

સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) દ્વારા વિવિધ pH સ્તરો પર જુદાં જુદાં આકારવિજ્ઞાન જોવા મળ્યાં હતાં:

• pH 7.0: મિશ્ર ZnO/Zn(OH)2 પ્રાવસ્થા ધરાવતી સળિયા જેવી ZnO નેનોસંરચનાઓનું નિર્માણ (86 nm પહોળાઈ, 1182 nm લંબાઈ).
• pH 7.5–8.0: સપાટ ફલકો ધરાવતા દંડો અને કપ જેવા છેડાવાળા દંડોમાં રૂપાંતર (~250–430 nm લંબાઈ, 135–280 nm પહોળાઈ).
• pH 9.0: ઉચ્ચ સૂક્ષ્મ વિકૃતિ ધરાવતી ત્રાક આકારની ZnO નેનોસંરચનાઓ (~256 nm લંબાઈ, 95 nm પહોળાઈ).
• pH 10.0: ઓછી ખામી ઘનતા ધરાવતા, સપાટ ફલકોવાળા એકસમાન નેનોદંડો (~407 nm લંબાઈ, 278 nm પહોળાઈ).

પ્રતિક્રિયા મિશ્રણના (a) pH 7, (b) pH 7.5, (c) pH 8, d) pH 9,
અને (e) pH 10 પર વિકસાવેલી, અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંશ્લેષિત ZnO નેનોસંરચનાઓના SEM સૂક્ષ્મચિત્રો.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: ©Flores-Morales et al., 2013)

એક્સ-રે વિવર્તન (XRD)એ pH > 7 માટે ષટ્કોણીય વર્ટ્ઝાઇટ ZnOની હાજરીની પુષ્ટિ કરી હતી, જેમાં ઊંચા pH મૂલ્યો પર સ્ફટિકીયતા અને સ્ફટિકકણોની વૃદ્ધિ વધી હતી.

પ્રકાશીય ગુણધર્મો અને ખામી નિયંત્રણ

ઓરડાના તાપમાને કરાયેલા પ્રકાશસંદીપ્તિ (PL) વિશ્લેષણમાં બે મુખ્ય ઉત્સર્જન પટ્ટાઓ જોવા મળ્યા હતા:

• પારજાંબલી ઉત્સર્જન (~380 nm): બેન્ડની ધારની નજીકનાં એક્સિટોનિક સંક્રમણો.
• દૃશ્યમાન ઉત્સર્જન (~580 nm): ઑક્સિજનની ખાલી જગ્યાઓ અને આંતરાલીય ખામીઓ જેવી સંરચનાત્મક ખામીઓ સાથે સંકળાયેલું છે.

નોંધનીય રીતે, pH વધારવાથી pH 9 સુધી ખામીઓ સંબંધિત ઉત્સર્જનની તીવ્રતા વધી હતી, જેનું કારણ વધેલો સપાટી વિસ્તાર અને જાલકની અપૂર્ણતાઓ માનવામાં આવ્યું હતું. જોકે, pH 10 પર સપાટી અને જાલકની ખામીઓ ઘટવાને કારણે ખામીઓ સંબંધિત ઉત્સર્જનની તીવ્રતા ઘટી હતી.

“જલીય દ્રાવણમાં ઝિંક એસિટેટના જલવિભાજનનો દર pHના સમાયોજન દ્વારા નિયંત્રિત કરીને તેના અલ્ટ્રાસોનિક જલવિભાજનથી વિવિધ આકારવિજ્ઞાન ધરાવતી ZnO નેનોસંરચનાઓ બનાવી શકાઈ હતી. દ્રાવણનું pH 7 અથવા તેનાથી ઓછું હોય ત્યારે Zn(OH)2 પ્રાવસ્થા સાથે મિશ્રિત અશુદ્ધ ZnO નેનોસંરચનાઓ ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યારે પ્રતિક્રિયા મિશ્રણના ઊંચા pH મૂલ્યો પર શુદ્ધ ષટ્કોણીય પ્રાવસ્થામાં ZnO નેનોસંરચનાઓ ઉત્પન્ન થાય છે. દ્રાવણનું pH 7.5 અને 10ની વચ્ચે નિયંત્રિત કરીને વિવિધ આકારવિજ્ઞાન ધરાવતી પ્રાવસ્થાની દૃષ્ટિએ શુદ્ધ ZnO નેનોસંરચનાઓ ઉત્પન્ન કરી શકાઈ હતી અને તેમની સંરચનાત્મક તથા સપાટીની ખામીઓની સાંદ્રતા નિયંત્રિત કરી શકાઈ હતી. ZnO નેનોસંરચનાઓના કાર્યક્ષમ રાસાયણિક સંશ્લેષણ માટે ઓછી શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ દર્શાવવામાં આવ્યો છે.”
Flores-Morales et al., 2013

આ અભ્યાસ ZnO નેનોસંરચનાઓના સંશ્લેષણ પર UP400St વડે અપાયેલા અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણની ઊંડી અસર દર્શાવે છે. pHનું સમાયોજન કરીને સંશોધકોએ આકારવિજ્ઞાન, સ્ફટિકીયતા અને ખામી ઘનતામાં સફળતાપૂર્વક ફેરફાર કર્યા હતા. આ તારણો જરૂરિયાત મુજબના નેનોકણોના સંશ્લેષણ માટે સોનોકેમિકલ પદ્ધતિઓની સંભાવના દર્શાવે છે અને ઑપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ તથા ઉત્પ્રેરણમાં ઉપયોગો માટે માર્ગો પૂરા પાડે છે.

તમારા નેનોકણ સંશ્લેષણ માટે શ્રેષ્ઠ સોનિકેટર મેળવો

Hielscher પ્રોબ પ્રકારનાં સોનિકેટરો તેમની શક્તિ, વિશ્વસનીયતા, ચોકસાઈ અને ઉપયોગની સરળતા માટે પ્રખ્યાત છે, તેથી તેઓ નેનોકણ સંશ્લેષણ માટે આદર્શ પસંદગી બને છે. અદ્યતન ટેકનોલોજી અને મજબૂત ઇજનેરી સાથે આ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ પર અજોડ નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે અને પુનરુત્પાદકતા તથા કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, UP400St ચોક્કસ ઊર્જા પુરવઠો અને જરૂરિયાત મુજબ બદલી શકાય તેવી સેટિંગ્સ પ્રદાન કરે છે, જેથી સંશોધકો શ્રેષ્ઠ નેનોકણ આકારવિજ્ઞાન અને સ્ફટિકીયતા માટે સંશ્લેષણની પરિસ્થિતિઓને અનુકૂળ બનાવી શકે છે. પ્રયોગશાળાના સ્તરના સંશોધન માટે હોય કે ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે, Hielscher સોનિકેટરો ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને ઉપયોગની સરળતાની ખાતરી આપે છે અને સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ માટે અગ્રણી પસંદગી તરીકે તેમની પ્રતિષ્ઠાને વધુ મજબૂત બનાવે છે.
નેનોકણ સંશ્લેષણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક્સની શક્તિનો લાભ લો!
 

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇનનાં ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ સંચાલનને કારણે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનું ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં સરળતાથી એકીકરણ થઈ શકે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો કઠોર પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણને સરળતાથી સંભાળે છે.

Hielscher Ultrasonics એક ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી તથા ઉપયોગની સરળતા ધરાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHsની આવશ્યકતાઓ પૂરી કરે છે.

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: