Nano-prata é usado para suas propriedades antibacterianas para reforçar materiais em medicina e ciência de materiais. A ultrassonização permite uma síntese rápida, eficaz, segura e ambientalmente correta de nanopartículas de prata esféricas na água. A síntese de nanopartículas ultrassônicas pode ser facilmente dimensionada de produção pequena para grande.

Síntese ultrasonicamente assistida de Nano-Prata Coloidal

A síntese sonoquímica, que são reações sintéticas sob irradiação ultrassônica, são amplamente utilizadas para produzir nanopartículas como prata, ouro, magnetita, hidroxiapatita, Chloroquine, Perovskita, látex e muitos outros nanomateriais.

Síntese Ultrassônica Wet-Chemical

Para nanopartículas de prata, várias rotas de síntese assistidas ultrasonicamente são conhecidas. Abaixo, é apresentada uma rota de síntese ultrassônica utilizando mel como agentes redutores e de tampade ligantes. Componentes de mel como glicose e frutose são responsáveis por seu papel como agente de capping e redução no processo de síntese.
Como a maioria dos métodos comuns para a síntese de nanopartículas, a síntese de nano-prata ultrassônica também se enquadra na categoria de química molhada. A ultrassônica promove a nucleação de nanopartículas de prata dentro de uma solução. A nucleação ultrassonicamente promovida ocorre quando um precursor de prata (complexo de íons de prata), por exemplo, nitrato de prata (AgNO₃) ou perclorato de prata (AgClO₄), é reduzida à prata coloidal na presença de um agente redutor, como o mel. Sob a condição de que a concentração de íons de prata na solução aumente o suficiente, íons metálicos dissolvidos de prata se unem e formam uma superfície estável. Quando o agrupamento de íons de prata ainda é pequeno, é uma condição energeticamente desfavorável devido a um equilíbrio energético negativo. O saldo energético negativo ocorre uma vez que a energia adquirida pela diminuição da concentração de partículas de prata dissolvidas é menor do que a energia gasta pela criação de uma nova superfície.
Quando o aglomerado atinge o raio crítico, que é o ponto em que se torna energeticamente favorável, é estável o suficiente para continuar a crescer. Durante a fase de crescimento, mais átomos de prata se difundem através da solução e se anexam à superfície. Quando a concentração de prata atômica dissolvida diminui a um certo ponto, o limiar de nucleação é alcançado para que os átomos não possam se unir por mais tempo para formar um núcleo estável. Neste limiar de nucleação, o crescimento de novas nanopartículas cessa, e a prata dissolvida restante é absorvida pela difusão nas nanopartículas crescentes na solução.
A sônica promove a transferência de massa, ou seja, a umidade dos aglomerados, o que resulta em uma nucleação mais rápida. Por sononação precisamente controlada, a taxa de crescimento, tamanho e forma das estruturas de nanopartículas podem ser determinadas.
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Comparação dos métodos convencionais e métodos de síntese verde da síntese de nanopartículas.

Estudo de caso da síntese ultrassônica nano-prata

Materiais: nitrato de prata (AgNO₃) como precursor de prata; mel como agente de capping / redução; Água
Dispositivo ultrassônico: UP400St

Protocolo de Síntese Ultrassônica

As melhores condições para sintetizar nanopartículas de prata coloidais foram as seguintes: Redução do nitrato de prata sob ultrassônico mediado pelo mel natural. Resumidamente, 20 ml de solução de nitrato de prata (0,3 M) contendo mel (20 wt%) foi exposto à irradiação de ultrassom de alta intensidade sob condições ambientais por 30 min. A ultrassônica foi realizada com um ultrassônico tipo sonda UP400S (400W, 24 kHz) imersos diretamente na solução de reação.

Distribuição do tamanho das partículas de Ag-NPs sintetizada em condições ideais; concentrações de prata (0,3 M), concentrações de mel (20 wt%) e tempo de irradiação ultrassônica (30 min)
fonte da imagem: Oskuee et al. 2016

O mel de grau alimentar é usado como agente de capping/estabilização e redução, o que torna a solução de nucleação aquosa e as nanopartículas precipitadas limpas e seguras para aplicações múltiplas.
À medida que o tempo de ultrassônica aumenta, as nanopartículas de prata tornam-se menores e sua concentração é aumentada.
Na solução de mel aquoso, a ultrassonação é um fator-chave que influencia a formação de nanopartículas de prata. Parâmetros de sonicação como amplitude, tempo e ultrassom contínuo vs pulsante são os principais fatores que permitem controlar o tamanho e a quantidade das nanopartículas de prata.

Resultado da Síntese Ultrassônica de Nanopartículas de Prata

A síntese ultrassonicamente promovida, mediada pelo mel com o UP400St resultou em nanopartículas de prata esférica (Ag-NPs) com um tamanho médio de partículas de cerca de 11,8nm. A síntese ultrassônica das nanopartículas de prata é um método simples e rápido de um pote. O uso da água e do mel como materiais, torna a reação econômica e excepcionalmente ambientalmente correta.
A técnica apresentada de síntese ultrassônica utilizando mel como agente redutor e de capping pode ser estendida a outros metais nobres, como ouro, paládio e cobre, que oferece várias aplicações adicionais da medicina para a indústria.

Imagem TEM (A) e sua distribuição de tamanho de partículas (B) de Ag-NPs sintetizados em condições ideais.

Influenciando a nucleação e o tamanho das partículas por Sonication

O ultrassom permite a produção de nanopartículas, como nanopartículas de prata adaptadas às exigências. Três opções gerais de sonação têm efeitos importantes na saída:
Sonicação inicial: A curta aplicação de ondas de ultrassom em uma solução supersaturada pode iniciar a semeadura e formação de núcleos. Como a sonagem só é aplicada durante o estágio inicial, o crescimento de cristais subseqüente prossegue sem impedimentos, resultando em cristais maiores.
Sonicação contínua: A irradiação contínua da solução supersaturada resulta em pequenos cristais, uma vez que a ultrassonação não pausada cria muitos núcleos resultando no crescimento de muitos pequenos cristais.
Sonication pulsado: Ultrassom pulsado significa a aplicação de ultrassom em intervalos determinados. Uma entrada precisamente controlada de energia ultrassônica permite influenciar o crescimento do cristal a fim de obter um tamanho de cristal sob medida.

Ultrassônicos de alto desempenho para síntese

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