ナノ銀は、医薬や材料科学の材料を強化するために、抗菌特性に使用されます。超音波処理は、水中の球状銀ナノ粒子の迅速、効き目、安全、環境に優しい合成を可能にします。超音波ナノ粒子合成は、簡単に小さな生産から大規模な生産にスケールすることができます。

コロイドナノシルバーの超音波合成

超音波照射下で合成反応を行うソノケミカル合成は、銀、金、マグネタイトなどのナノ粒子を生成するために広く使用されています。 ハイドロキシアパタイト、 クロロキン、 ペロブスカイト、 ラテックス そして他の多くのナノ材料。

超音波ウェット化学合成

銀ナノ粒子については、いくつかの超音波支援合成経路が知られている。以下に、還元及びリガンドキャッピング剤として蜂蜜を用いた超音波合成経路が、提示される。グルコースやフルクトースなどの蜂蜜成分は、合成プロセスにおけるキャッピングおよび還元剤としての役割を担っています。
ナノ粒子合成のための最も一般的な方法と同様に、超音波ナノ銀合成も湿った化学のカテゴリーに該当します。超音波は、溶液内の銀ナノ粒子の核形成を促進する。超音波促進核は、銀の前駆体(銀イオン複合体)、例えば硝酸銀(AgNO)のときに起こる₃)または銀過塩素酸塩(AgClO)₄)は、ハチミツなどの還元剤の存在下でコロイド銀に還元される。溶液中の銀イオンの濃度が十分に増加するという条件下で、溶存した金属銀イオンが結合して安定な表面を形成する。銀イオンのクラスターがまだ小さいとき、負のエネルギーバランスのためにエネルギッシュに好ましくない状態です。負のエネルギーバランスは、溶存銀粒子の濃度を下げることによって得られるエネルギーが新しい表面を作ることによって消費されるエネルギーよりも低いから起こる。
クラスターが臨界半径に達すると、エネルギー的に好ましいものになるポイントであり、成長し続けるのに十分安定しています。成長段階では、より多くの銀原子が溶液を通して拡散し、表面に付着します。溶存した原子銀の濃度が一定のポイントまで低下すると、原子が安定な核を形成するために原子が長く結合できないように、核形成閾値に達する。この核形成閾値では、新しいナノ粒子の成長が停止し、残りの溶解銀は溶液中の成長するナノ粒子への拡散によって吸収される。
超音波処理は、質量移動、すなわちクラスターの濡れ、より速い核形成をもたらす促進する。精密に制御された超音波処理により、ナノ粒子構造の成長速度、大きさ、形状を決定することができる。
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ナノ粒子合成の従来の方法とグリーン合成法の比較

超音波ナノ銀合成の事例研究

材料： 硝酸銀(AgNO₃) を銀の前駆体として。キャッピング/還元剤として蜂蜜;水
超音波デバイス: UP400St

超音波合成プロトコル

コロイド銀ナノ粒子を合成するための最良の条件は、以下であることが判明した:天然の蜂蜜によって媒介された超音波の下で硝酸銀を減少させる。簡単に言えば、蜂蜜(20重量%)を含む硝酸銀溶液(0.3M)20ml30分間の周囲条件下で高強度超音波照射にさらされた超音波処理は、プローブ型超音波装置で行った UP400S(400W、24 kHz) 反応液に直接浸漬。

最適な条件で合成されたAg-NPsの粒度分布;銀濃度(0.3M)、蜂蜜濃度(20重量%)、超音波照射時間(30分)
画像ソース: オスクイーら 2016

食品グレードの蜂蜜は、キャッピング/安定化および還元剤として使用され、水性核水溶液と沈殿したナノ粒子をマニホールド用途に対して清潔で安全にします。
超音波処理時間が長くなるにつれて、銀ナノ粒子は小さくなり、その濃度が高まります。
水性蜂蜜溶液では、超音波は銀ナノ粒子の形成に影響を与える重要な要因です。振幅、時間、連続超音波と脈動超音波などの超音波処理パラメータは、銀ナノ粒子のサイズと量を制御することを可能にする主要な要因です。

銀ナノ粒子の超音波合成の結果

超音波促進、蜂蜜媒介合成と UP400St 結果として、平均粒径が約11.8nmの球状銀ナノ粒子(Ag-NPs)が生じる。銀ナノ粒子の超音波合成は、簡単かつ迅速なワンポット法です。水と蜂蜜を材料として使用することで、反応は費用対効果が高く、環境に優しい。
還元剤やキャッピング剤として蜂蜜を用いた超音波合成の提示技術は、薬から産業への様々な追加のアプリケーションを提供する金、パラジウム、銅などの他の貴金属に拡張することができます。

最適な条件で合成されたAg-NPsのTEM画像(A)及びその粒度分布(B)を用いた。

超音波処理による核形成と粒子サイズへの影響

超音波は、要件に合わせた銀ナノ粒子などのナノ粒子の製造を可能にする。超音波処理の3つの一般的なオプションは、出力に重要な影響を与えます。
初期の超音波処理： 過飽和溶液への超音波の短い適用は、核の播種および形成を開始することができます。超音波処理は初期段階でのみ適用されるため、その後の結晶成長は妨げられずに進行し、より大きな結晶が生じます。
連続超音波処理： 過飽和溶液の連続的な照射は、未一時停止超音波処理が多くの小さな結晶の成長をもたらす核の多くを作成するので、小さな結晶をもたらす。
パルス超音波処理: パルス超音波は、決定された間隔での超音波の適用を意味します。超音波エネルギーの正確に制御された入力は、合わせた結晶サイズを得るために結晶成長に影響を与えることを可能にします。

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下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：