Nanostrukture ZnO, gojene z ultrazvočno sintezo

Ultrazvočna sinteza nanodelcev je pridobila vse večjo pozornost zaradi svoje sposobnosti za proizvodnjo nanomaterialov z nadzorovano velikostjo, morfologijo in kristalnostjo v blagih reakcijskih pogojih. Tehnika izkorišča akustično kavitacijo za ustvarjanje lokaliziranih visokih temperatur in tlakov, kar spodbuja povečano nukleacijo in rast nanodelcev. V primerjavi s konvencionalnimi metodami sinteze ultrazvočna sinteza ponuja prednosti, kot so hitre hitrosti reakcije, razširljivost in sposobnost natančne nastavitve strukturnih lastnosti s spreminjanjem reakcijskih parametrov.

Sintezo nanostruktur ZnO uporabljamo kot zgled, da poudarimo prednosti ultrazvočne sinteze nanodelcev z modificiranimi strukturami. (2013) raziskuje vlogo sonokemične sinteze pri nadzoru morfologije nanostruktur ZnO. Z uporabo sondnega sondatorja Hielscher UP400St (400 vatov, 24 kHz) so raziskovalci pokazali, kako spremembe v reakcijskih pogojih, zlasti pH, vplivajo na končno morfologijo, strukturne lastnosti in fotoluminiscenčno obnašanje nanostruktur ZnO.

Eksperimentalna postavitev – Sinteza nanodelcev ZnO z uporabo ultrazvočnega razbijanja

Vodne raztopine cinkovega acetata (0,068 M) so bile izpostavljene ultrazvočnemu obsevanju pri 40 W razpršene moči pod pretokom argona. Reakcijski pH je bil prilagojen med 7 in 10 z uporabo amonijevega hidroksida (NH4OH), kar je pomembno vplivalo na morfologijo sintetiziranih struktur ZnO. Sonokemični proces je povzročil akustično kavitacijo, ki je ustvarila lokalizirane visokotemperaturne in visokotlačne pogoje, ki so spodbujali nukleacijo in rast ZnO.

Vpliv pH na morfologijo in strukturne lastnosti

Vrstična elektronska mikroskopija (SEM) je razkrila različne morfologije pri različnih pH ravneh:

• pH 7,0: Nastajanje paličastih nanostruktur ZnO (širina 86 nm, dolžina 1182 nm) z mešano fazo ZnO/Zn(OH)2.
• pH 7,5–8,0: Prehod na fasetirane palice in palice na koncu skodelice (~ 250–430 nm dolžine, 135–280 nm širine).
• pH 9,0: Nanostrukture ZnO v obliki vretena (~ 256 nm dolžine, 95 nm širine) z visoko mikroobremenitvijo.
• pH 10,0: Enakomerne fasetirane nanopalice (~ 407 nm dolžine, 278 nm širine) z zmanjšano gostoto napak.

SEM mikrografije ultrazvočno sintetiziranih nanostruktur ZnO, gojenih pri (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
in (e) pH 10 reakcijske zmesi.
(Študija in slike: ©Flores-Morales et al., 2013)

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

Optične lastnosti in nadzor napak

Analiza fotoluminiscence pri sobni temperaturi (PL) je izpostavila dva glavna emisijska pasova:

• Ultravijolična emisija (~ 380 nm): Ekscitonski prehodi blizu pasovnega roba.
• Vidna emisija (~ 580 nm): Povezana s strukturnimi napakami, kot so prosta mesta s kisikom in intersticijske napake.

Povečanje pH je povzročilo večjo intenzivnost emisij, povezane z napakami, do pH 9, kar se pripisuje povečani površini in pomanjkljivostim rešetke. Vendar pa se je pri pH 10 intenzivnost emisij napak zmanjšala zaradi zmanjšanih površinskih in mrežnih napak.

“Nanostrukture ZnO različnih morfologij bi lahko izdelali z ultrazvočno hidrolizo cinkovega acetata v vodni raztopini z nadzorom hitrosti hidrolize s prilagoditvijo pH. Medtem ko raztopina pH 7 ali nižja proizvaja nečiste nanostrukture ZnO, pomešane s fazo Zn (OH) 2, višje vrednosti pH reakcijske zmesi proizvajajo nanostrukture ZnO v čisti heksagonalni fazi. Z nadzorom pH raztopine med 7,5 in 10 bi lahko proizvedli fazno čiste nanostrukture ZnO različnih morfologij in nadzorovali koncentracijo njihovih strukturnih in površinskih napak. Dokazana je bila uporaba ultrazvoka nizke moči za kemično sintezo nanostruktur ZnO učinkovito.”
Flores-Morales et al., 2013

Ta študija ponazarja globok vpliv ultrazvočnega obsevanja z uporabo UP400St na sintezo nanostrukture ZnO. Z uglaševanjem pH so raziskovalci uspešno modulirali morfologijo, kristalnost in gostoto napak. Ugotovitve poudarjajo potencial sonokemičnih metod za prilagojeno sintezo nanodelcev, ki ponujajo poti za uporabo v optoelektroniki in katalizi.

Pridobite najboljši zvočnik za sintezo nanodelcev

Hielscher sondni sondi so znani po svoji moči, zanesljivosti, natančnosti in prijaznosti do uporabnika, zaradi česar so idealna izbira za sintezo nanodelcev. Z najsodobnejšo tehnologijo in robustnim inženiringom ti ultrazvočni procesorji ponujajo neprimerljiv nadzor nad sonokemičnimi reakcijami, kar zagotavlja ponovljivost in učinkovitost. UP400St, na primer, zagotavlja natančen vnos energije in prilagodljive nastavitve, kar raziskovalcem omogoča, da prilagodijo pogoje sinteze za optimalno morfologijo nanodelcev in kristalnost. Ne glede na to, ali gre za laboratorijske raziskave ali industrijsko uporabo, Hielscher sonicatorji zagotavljajo visoko zmogljivost in enostavnost uporabe, kar utrjuje njihov ugled kot najboljša izbira za sonokemično sintezo.
Izkoristite moč ultrazvoka za sintezo nanodelcev!
 

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Caution: Video "duration" is missing