Nano-argint este utilizat pentru proprietățile sale anti-bacteriene pentru a consolida materialele din medicină și știința materialelor. Sonicare permite o sinteză rapidă, eficientă, sigură și ecologică a nanoparticulelor de argint sferice în apă. Sinteza nanoparticulelor cu ultrasunete poate fi ușor scalate de la producție mică la mare.

Sinteza ultrasonically-asistată de nano-argint coloidal

Sinteza sonochimică, care sunt reacții sintetice sub iradiere cu ultrasunete, sunt utilizate pe scară largă pentru a produce nanoparticule, ar fi argint, aur, magnetit, hidroxiapatită. Clorochină. Perovskit. Latex și multe alte nanomateriale.

Sinteza cu ultrasunete umed-chimice

Pentru nanoparticulele de argint, sunt cunoscute mai multe căi de sinteză ultrasonically. Mai jos, este prezentată o rută de sinteză cu ultrasunete folosind mierea ca agenți de plafonare a ligandului. Componentele de miere, ar fi glucoza și fructoza, sunt responsabile pentru rolul său atât ca agent de plafonare, cât și de reducere în procesul de sinteză.
Ca cele mai frecvente metode pentru sinteza nanoparticulelor, sinteza nano-argint cu ultrasunete se încadrează în categoria chimiei umede, de asemenea. Sonicare promovează nucleația nano-particulelor de argint într-o soluție. Nucleația promovată ultrasonically apare atunci când un precursor de argint (complex de ioni de argint), de exemplu nitrat de argint (AgNO₃) sau perclorat de argint (AgClO₄), se reduce la argintcoloid în prezența unui agent de reducere, ar fi mierea. Cu condiția ca concentrația de ioni de argint în soluție crește suficient, ionii metalici de argint dizolvați se unesc și formează o suprafață stabilă. Când grupul de ioni de argint este încă mic, este o condiție nefavorabilă din punct de vedere energetic din cauza unui echilibru energetic negativ. Echilibrul energetic negativ apare deoarece energia acumulată prin scăderea concentrației particulelor de argint dizolvate este mai mică decât energia cheltuită prin crearea unei noi suprafețe.
Când roiul ajunge la raza critică, care este punctul în care devine favorabil energetic, este suficient de stabil pentru a continua să crească. În timpul fazei de creștere, mai mulți atomi de argint difuzează prin soluție și se atașează la suprafață. Atunci când concentrația de argint atomic dizolvat scade până la un anumit punct, pragul de nucleație este atins astfel încât atomii să nu se mai unească pentru a forma un nucleu stabil. La acest prag de nucleație, creșterea noilor nanoparticule încetează, iar argintul dizolvat rămas este absorbit prin difuzie în nanoparticulele în creștere din soluție.
Sonicare promovează transferul de masă, adică umezirea clusterelor, ceea ce duce la o nucleație mai rapidă. Prin sonicare controlate cu precizie, rata de creștere, dimensiunea, și forma structurilor nano-particule pot fi determinate.
Click aici pentru a citi mai multe despre o altă metodă verde pentru a sintetiza ultrasonically nano-argint folosind caragenan!

Compararea metodelor convenționale și a metodelor de sinteză verde de sinteză nanoparticule.

Studiu de caz de sinteza nano-argint cu ultrasunete

Materiale: nitrat de argint (AgNO₃) ca precursor de argint; miere ca agent de plafonare / reducere; Apă
Dispozitiv cu ultrasunete: UP400St

Protocolul de sinteză cu ultrasunete

Cele mai bune condiții pentru a sintetiza nanoparticule de argint coloidal s-au dovedit a fi următoarele: Reducerea nitrat de argint sub ultrasonication mediat de miere naturale. Pe scurt, 20 ml de soluție de nitrat de argint (0,3 M) care conține miere (20 wt%) a fost expus la iradiere cu ultrasunete de mare intensitate în condiții ambientale timp de 30 min. Ultrasonication a fost efectuat cu un ultrasonicator de tip sondă UP400S (400W, 24 kHz) direct în soluția de reacție.

Distribuția dimensiunii particulelor a Ag-NPs sintetizată în condiții optime; concentrațiile de argint (0,3 M), concentrațiile de miere (20 wt%) și timpul de iradiere cu ultrasunete (30 min)
sursă imagine: Oskuee et al. 2016

Mierea de calitate alimentară este utilizată ca agent de plafonare / stabilizare și reducere, ceea ce face ca soluția de nucleare apoasă și nanoparticulele precipitate să fie curate și sigure pentru aplicații multiple.
Pe măsură ce timpul de ultrasonicare crește, nanoparticulele de argint devin mai mici și concentrația lor este îmbunătățită.
În soluția apoasă de miere, sonicarea este un factor cheie care influențează formarea nanoparticulelor de argint. Parametrii sonicare, ar fi amplitudinea, timpul și ultrasunetele continue vs pulsează sunt factori majori care permit controlul dimensiunii și cantității nanoparticulelor de argint.

Rezultatul sintezei cu ultrasunete a nanoparticulelor de argint

Sinteza ultrasonică promovată, mediată de miere, cu UP400St a dus la nanoparticule de argint sferice (Ag-NPs) cu o dimensiune medie a particulelor de aproximativ 11,8nm. Sinteza cu ultrasunete a nano-particulelor de argint este o metodă simplă și rapidă cu o singură oală. Utilizarea apei și a mierii ca materiale face ca reacția să fie rentabilă și extrem de ecologică.
Tehnica prezentată de sinteză cu ultrasunete folosind miere ca agent de reducere și plafonare poate fi extinsă la alte metale nobile, ar fi aur, paladiu, și cupru, care oferă diverse aplicații suplimentare de la medicină la industrie.

Imaginea TEM (A) și distribuția dimensiunii particulelor (B) de Ag-NPs sintetizate în condiții optime.

Influențarea nucleație și dimensiunea particulelor de Sonication

Ultrasunete permite pentru producerea de nano-particule, ar fi nano-particule de argint adaptate la cerințele. Trei opțiuni generale de sonicare au efecte importante asupra producției:
Sonicare inițială: Aplicarea scurtă a undelor cu ultrasunete la o soluție suprasaturată poate iniția însămânțarea și formarea nucleelor. Deoarece sonicare este aplicată numai în timpul etapei inițiale, creșterea cristalului ulterioare continuă fără obstacole, rezultând în cristale mai mari.
Sonicare continuă: Iradierea continuă a soluției suprasaturate duce la cristale mici, deoarece ultrasonication neîntrerupt creează o mulțime de nuclee care rezultă în creșterea multor cristale mici.
Sonicare pulsate: Ecografia pulsată înseamnă aplicarea ultrasunetelor la intervale determinate. O intrare controlată cu precizie de energie cu ultrasunete permite să influențeze creșterea cristalului pentru a obține o dimensiune cristali adaptate.

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru sinteză

Hielscher Ultrasonics furnizează procesoare cu ultrasunete puternice și fiabile pentru aplicații sonochimice, inclusiv sono-sinteză și sono-cataliză. Amestecarea cu ultrasunete și dispersarea crește transferul de masă și promovează umezirea și nuclee atomilor ulterioare ale clusterelor de atom pentru a precipita nanoparticulele. Sinteza cu ultrasunete a nano-particulelor este o metodă simplă, rentabilă, biocompatibilă, reproductibilă, rapidă și sigură.
Hielscher Ultrasonics furnizează procesoare cu ultrasunete puternice și precis controlabile pentru nucleația și precipitarea nano-materialelor. Toate dispozitivele digitale sunt echipate cu software inteligent, afișaj tactil colorat, înregistrare automată a datelor pe un card SD încorporat și oferă un meniu intuitiv pentru operarea în condiții de siguranță și ușor de utilizat.
Acoperind gama completă de putere de la 50 wați portabil ultrasonicators pentru laborator de până la 16.000 wați sisteme industriale cu ultrasunete puternice, Hielscher are configurația cu ultrasunete ideal pentru aplicația dumneavoastră. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la sarcini grele și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: