Наноструктуре ZnO добијене ултразвучном синтезом

Ултразвучна синтеза наночестица привлачи све већу пажњу због могућности добијања наноматеријала контролисане величине, морфологије и кристалиничности у благим реакционим условима. Ова техника користи акустичну кавитацију за локално стварање високих температура и притисака, чиме подстиче нуклеацију и раст наночестица. У поређењу са конвенционалним методама синтезе, ултразвучна синтеза нуди предности као што су велика брзина реакције, могућност повећања размера процеса и могућност финог подешавања структурних својстава изменом реакционих параметара.

Синтезу наноструктура ZnO користимо као илустративан пример да бисмо истакли предности ултразвучне синтезе наночестица са модификованим структурама. Студија Morales-Flores и сар. (2013) испитује улогу сонохемијске синтезе у контроли морфологије наноструктура ZnO. Користећи Hielscher соникатор са сондом UP400St (400 вати, 24 kHz), истраживачи су показали како промене реакционих услова, нарочито pH, утичу на коначну морфологију, структурна својства и фотолуминисцентно понашање наноструктура ZnO.

Експериментална поставка – синтеза наночестица ZnO соникацијом

Водени раствори цинк-ацетата (0,068 M) изложени су ултразвучном озрачивању при дисипираној снази од 40 W уз проток аргона. pH реакционе смеше подешаван је између 7 и 10 помоћу амонијум-хидроксида (NH4OH), што је значајно утицало на морфологију синтетисаних структура ZnO. Сонохемијски процес изазвао је акустичну кавитацију, локално стварајући услове високе температуре и високог притиска који су подстакли нуклеацију и раст ZnO.

Утицај pH на морфологију и структурна својства

Скенирајућа електронска микроскопија (SEM) открила је различите морфологије при различитим вредностима pH:

• pH 7,0: Формирање штапићастих наноструктура ZnO (ширина 86 nm, дужина 1182 nm) са мешовитом фазом ZnO/Zn(OH)2.
• pH 7,5–8,0: Прелазак на фасетиране штапиће и штапиће са чашастим крајевима (дужина ~250–430 nm, ширина 135–280 nm).
• pH 9,0: Вретенасте наноструктуре ZnO (дужина ~256 nm, ширина 95 nm) са великом микродеформацијом.
• pH 10,0: Уједначени фасетирани наноштапићи (дужина ~407 nm, ширина 278 nm) са смањеном густином дефеката.

SEM микрографије ултразвучно синтетисаних наноструктура ZnO узгојених при вредностима pH реакционе смеше (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
и (e) pH 10.
(Студија и слике: ©Flores-Morales и сар., 2013)

Рендгенска дифракција (XRD) потврдила је присуство ZnO са хексагоналном вурцитном структуром при pH > 7, уз повећану кристалиничност и раст зрна при вишим вредностима pH.

Оптичка својства и контрола дефеката

Анализа фотолуминисценције (PL) на собној температури издвојила је две главне емисионе траке:

• Ултраљубичаста емисија (~380 nm): Ексцитонски прелази близу ивице енергетске зоне.
• Видљива емисија (~580 nm): Повезана је са структурним дефектима као што су кисеоничне вакансије и интерстицијални дефекти.

Посебно је значајно да је повећање pH довело до већег интензитета емисије повезане са дефектима све до pH 9, што је приписано повећаној површини и несавршеностима кристалне решетке. Међутим, при pH 10, интензитет емисије повезане са дефектима опао је због смањења површинских дефеката и дефеката решетке.

„Наноструктуре ZnO различитих морфологија могле су се добити ултразвучном хидролизом цинк-ацетата у воденом раствору, контролисањем брзине његове хидролизе подешавањем pH. Док pH раствора од 7 или нижи даје нечисте наноструктуре ZnO помешане са фазом Zn(OH)2, више вредности pH реакционе смеше дају наноструктуре ZnO у чистој хексагоналној фази. Контролисањем pH раствора између 7,5 и 10 могле су се добити фазно чисте наноструктуре ZnO различитих морфологија и могла се контролисати концентрација њихових структурних и површинских дефеката. Показана је ефикасна примена ултразвука мале снаге за хемијску синтезу наноструктура ZnO.“
Flores-Morales и сар., 2013

Ова студија показује снажан утицај ултразвучног озрачивања помоћу уређаја UP400St на синтезу наноструктура ZnO. Подешавањем pH, истраживачи су успешно мењали морфологију, кристалиничност и густину дефеката. Резултати истичу потенцијал сонохемијских метода за синтезу наночестица са прилагођеним својствима, отварајући могућности за примену у оптоелектроници и катализи.

Набавите најбољи соникатор за синтезу наночестица

Hielscher соникатори са сондом познати су по својој снази, поузданости, прецизности и једноставности употребе, што их чини идеалним избором за синтезу наночестица. Захваљујући најсавременијој технологији и робусној конструкцији, ови ултразвучни процесори нуде ненадмашну контролу сонохемијских реакција, обезбеђујући поновљивост и ефикасност. UP400St, на пример, омогућава прецизан унос енергије и прилагодљива подешавања, тако да истраживачи могу да прилагоде услове синтезе ради постизања оптималне морфологије и кристалиничности наночестица. Било да се користе за лабораторијска истраживања или индустријске примене, Hielscher соникатори гарантују високе перформансе и лакоћу употребе, чиме учвршћују своју репутацију као један од најбољих избора за сонохемијску синтезу.
Искористите снагу ултразвука за синтезу наночестица!
 

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Hielscher ултразвучни уређаји познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни уређаји лако се носе са тешким условима и захтевним окружењима.

Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставном употребом. Наравно, Hielscher ултразвучни уређаји усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Табела у наставку даје увид у приближан капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: