ZnO नैनोस्ट्रक्चर अल्ट्रासोनिक संश्लेषण द्वारा उगाया जाता है

अल्ट्रासोनिक नैनोपार्टिकल संश्लेषण ने हल्के प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत नियंत्रित आकार, आकृति विज्ञान और क्रिस्टलीयता के साथ नैनोमैटेरियल्स का उत्पादन करने की अपनी क्षमता के कारण बढ़ते ध्यान आकर्षित किया है। तकनीक स्थानीयकृत उच्च तापमान और दबाव उत्पन्न करने के लिए ध्वनिक गुहिकायन का लाभ उठाती है, नैनोकणों के बढ़े हुए न्यूक्लियेशन और विकास को बढ़ावा देती है। पारंपरिक संश्लेषण विधियों की तुलना में, अल्ट्रासोनिक संश्लेषण तेजी से प्रतिक्रिया दर, मापनीयता, और प्रतिक्रिया मापदंडों को संशोधित करके संरचनात्मक गुणों को ठीक करने की क्षमता जैसे फायदे प्रदान करता है।

हम संशोधित संरचनाओं के साथ अल्ट्रासोनिक नैनोपार्टिकल संश्लेषण के फायदों को उजागर करने के लिए एक अनुकरणीय मामले के रूप में ZnO नैनोस्ट्रक्चर के संश्लेषण का उपयोग करते हैं। मोरालेस-फ्लोरेस एट अल (2013) द्वारा अध्ययन जेडएनओ नैनोस्ट्रक्चर की आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने में सोनोकेमिकल संश्लेषण की भूमिका की पड़ताल करता है। Hielscher जांच-प्रकार sonicator UP400St (400 वाट, 24 kHz) का उपयोग, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि कैसे प्रतिक्रिया की स्थिति में बदलाव, विशेष रूप से पीएच, अंतिम आकृति विज्ञान, संरचनात्मक गुणों, और ZnO nanostructures के photoluminescence व्यवहार को प्रभावित.

प्रायोगिक सेटअप – ZnO नैनोपार्टिकल संश्लेषण Sonication का उपयोग कर

जस्ता एसीटेट (0.068 एम) के जलीय घोल आर्गन प्रवाह के तहत 40 डब्ल्यू अपव्यय शक्ति पर अल्ट्रासोनिक विकिरण के अधीन थे। प्रतिक्रिया पीएच को अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (NH4OH) का उपयोग करके 7 और 10 के बीच समायोजित किया गया था, जो संश्लेषित ZnO संरचनाओं की आकृति विज्ञान को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। सोनोकेमिकल प्रक्रिया ने ध्वनिक गुहिकायन को प्रेरित किया, जिससे स्थानीयकृत उच्च तापमान और उच्च दबाव की स्थिति पैदा हुई जिसने ZnO न्यूक्लियेशन और विकास को बढ़ावा दिया।

आकृति विज्ञान और संरचनात्मक गुणों पर पीएच का प्रभाव

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) ने विभिन्न पीएच स्तरों पर अलग-अलग आकृति विज्ञान का खुलासा किया:

• पीएच 7.0: मिश्रित ZnO/Zn(OH)2 चरण के साथ रॉड जैसे ZnO नैनोस्ट्रक्चर (86 एनएम चौड़ाई, 1182 एनएम लंबाई) का निर्माण।
• पीएच 7.5-8.0: मुखर बार और कप-एंड बार (~ 250-430 एनएम लंबाई, 135-280 एनएम चौड़ाई) में संक्रमण।
• पीएच 9.0: स्पिंडल के आकार का ZnO नैनोस्ट्रक्चर (~ 256 एनएम लंबाई, 95 एनएम चौड़ाई) उच्च माइक्रोस्ट्रेन के साथ।
• पीएच 10.0: कम दोष घनत्व के साथ वर्दी faceted nanobars (~ 407 एनएम लंबाई, 278 एनएम चौड़ाई).

अल्ट्रासोनिक रूप से संश्लेषित ZnO नैनोस्ट्रक्चर के SEM माइक्रोग्राफ (a) pH 7, (b) pH 7.5, (c) pH 8, d) pH 9,
और (ई) प्रतिक्रिया मिश्रण के पीएच 10।
(अध्ययन और चित्र: ©फ्लोर्स-मोरालेस एट अल।

X-ray diffraction (XRD) confirmed the presence of hexagonal wurtzite ZnO for pH > 7, with enhanced crystallinity and grain growth at higher pH values.

ऑप्टिकल गुण और दोष नियंत्रण

कमरे के तापमान फोटोल्यूमिनेसेंस (पीएल) विश्लेषण ने दो मुख्य उत्सर्जन बैंडों पर प्रकाश डाला:

• पराबैंगनी उत्सर्जन (~ 380 एनएम): निकट-बैंड-एज एक्साइटोनिक संक्रमण।
• दृश्यमान उत्सर्जन (~ 580 एनएम): ऑक्सीजन रिक्तियों और अंतरालीय दोषों जैसे संरचनात्मक दोषों से जुड़े।

विशेष रूप से, पीएच में वृद्धि से पीएच 9 तक उच्च दोष-संबंधी उत्सर्जन तीव्रता हुई, जिसका कारण सतह क्षेत्र और जाली की खामियों में वृद्धि हुई। हालांकि, पीएच 10 पर, कम सतह और जाली दोषों के कारण दोष उत्सर्जन की तीव्रता में गिरावट आई।

“विभिन्न आकारिकी के ZnO नैनोस्ट्रक्चर को पीएच समायोजन के माध्यम से इसकी हाइड्रोलिसिस दर को नियंत्रित करके जलीय घोल में जिंक एसीटेट के अल्ट्रासोनिक हाइड्रोलिसिस द्वारा निर्मित किया जा सकता है। जबकि एक समाधान पीएच 7 या उससे कम Zn(OH)2 चरण के साथ मिश्रित अशुद्ध ZnO नैनोस्ट्रक्चर का उत्पादन करता है, प्रतिक्रिया मिश्रण के उच्च पीएच मान शुद्ध हेक्सागोनल चरण में ZnO नैनोस्ट्रक्चर का उत्पादन करते हैं। 7.5 और 10 के बीच समाधान पीएच को नियंत्रित करना, विभिन्न आकृति विज्ञान के चरण शुद्ध ZnO नैनोस्ट्रक्चर का उत्पादन किया जा सकता है और उनके संरचनात्मक और सतह दोषों की एकाग्रता को नियंत्रित किया जा सकता है। ZnO नैनोस्ट्रक्चर के रासायनिक संश्लेषण के लिए कम शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग कुशलतापूर्वक प्रदर्शित किया गया है।”
फ्लोर्स-मोरालेस एट अल।

यह अध्ययन ZnO नैनोस्ट्रक्चर संश्लेषण पर UP400St का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक विकिरण के गहन प्रभाव को दर्शाता है। पीएच ट्यूनिंग करके, शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक आकृति विज्ञान, क्रिस्टलीयता और दोष घनत्व को संशोधित किया। निष्कर्ष अनुरूप नैनोपार्टिकल संश्लेषण के लिए सोनोकेमिकल तरीकों की क्षमता को उजागर करते हैं, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और उत्प्रेरण में अनुप्रयोगों के लिए मार्ग प्रदान करते हैं।

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