Nano-silver används för sina antibakteriella egenskaper för att förstärka material inom medicin och materialvetenskap. Ultraljud möjliggör en snabb, effektiv, säker och miljövänlig syntes av sfäriska silvernanopartiklar i vatten. Ultraljud nanopartikel syntes kan lätt skalas från små till stora produktion.

Ultraljud-assisted syntes av kolloidalt Nano-Silver

Sonochemical syntes, som är syntetiska reaktioner under ultraljud bestrålning, används ofta för att producera nanopartiklar såsom silver, guld, magnetit, hydroxyapatit, Klorokin, Perovskit, Latex och många andra nano-material.

Ultraljud våt-kemisk syntes

För silver nano-partiklar, flera ultraljud-assisted syntes vägar är kända. Nedan presenteras en ultraljudssyntesväg med honung som reducerande och ligand capping agenter, presenteras. Honungskomponenter som glukos och fruktos är ansvariga för sin roll som både tak och minskande medel i syntesprocessen.
Liksom de vanligaste metoderna för nanopartikelsyntes, ultraljud nano-silver syntes faller under kategorin våt kemi också. Ultraljud främjar kärnbildning av silver nano-partiklar i en lösning. Den ultraljud främjas kärnbildning uppstår när en silver föregångare (silver jon hy), t.ex. silvernitrat (AgNO₃) eller silverperklorat (AgClO₄), reduceras till kolloidalt silver i närvaro av ett reducerande medel, såsom honung. Under förutsättning att koncentrationen av silverjoner i lösningen ökar tillräckligt, upplöst metalliskt silver joner binder ihop och bildar en stabil yta. När klustret av silverjoner fortfarande är litet är det ett energiskt ogynnsamt tillstånd på grund av en negativ energibalans. Den negativa energibalansen uppstår eftersom den energi som uppnås genom att minska koncentrationen av upplösta silverpartiklar är lägre än den energi som spenderas genom att skapa en ny yta.
När klustret når den kritiska radien, vilket är den punkt då den blir energiskt gynnsam, är den stabil nog att fortsätta att växa. Under tillväxtfasen, mer silveratomer diffusa genom lösningen och fäst på ytan. När koncentrationen av upplöst atomsilver minskar till en viss punkt, uppnås kärnningströskeln så att atomerna inte kan binda längre tillsammans för att bilda en stabil kärna. Vid denna kärnningströskel upphör tillväxten av nya nanopartiklar, och det återstående upplösta silvret absorberas av diffusion i de växande nanopartiklarna i lösningen.
Ultraljudsbehandling främjar massöverföring, dvs vätning av kluster, vilket resulterar i en snabbare kärnbildning. Genom exakt kontrollerad ultraljudsbehandling, tillväxttakt, storlek och form av nano-partikel strukturer kan bestämmas.
Klicka här för att läsa mer om en annan grön metod för att ultraljud syntetisera nano-silver med karragenan!

Jämförelse av konventionella metoder och gröna syntesmetoder för nanopartikelsyntes.

Fallstudie av ultraljud Nano-Silver Syntes

Material: silvernitrat (AgNO₃) som silverförehavanden; honung som tak / reducerande medel; Vatten
Ultraljud enhet: UP400St

Ultraljud syntes protokoll

Bästa förutsättningarna för att syntetisera kolloidala silvernanopartiklar befanns vara följande: Att minska silvernitrat under ultraljud medierad av naturlig honung. Kort, 20 ml silvernitratlösning (0,3 M) som innehåller honung (20 wt%) exponerades för högintensiv ultraljudsbestrålning under omgivande förhållanden i 30 min. Ultraljud utfördes med en sond-typ ultraljudsbehandling UP400S (400W, 24 kHz) direkt i reaktionslösningen.

Partikelstorleksfördelning av Ag-NPs syntetiseras under optimala förhållanden; silverkoncentrationer (0,3 M), honungskoncentrationer (20 wt%), och ultraljudsbestrålningstid (30 min)
bildkälla: Oskuee et al. 2016

Mat-grade honung används som tak / stabiliserande och reducerande medel, vilket gör vattenhaltig kärnlösning och fällda nanopartiklar rena och säkra för grenrör applikationer.
När ultraljudstiden ökar blir silvernanopartiklarna mindre och deras koncentration förbättras.
I vattenhaltig honungslösning är ultraljud en nyckelfaktor som påverkar bildandet av silvernanopartiklar. Ultraljudsbehandling parametrar såsom amplitud, tid och kontinuerlig vs pulserande ultraljud är viktiga faktorer som gör det möjligt att kontrollera storlek och kvantitet av silver nano-partiklar.

Resultat av ultraljud syntes av silver nanopartiklar

Den ultraljudsuppflyttade, honungsmedierade syntesen med UP400St resulterade i sfäriska silver nano-partiklar (Ag-NPs) med en genomsnittlig partikelstorlek på ca 11.8nm. Ultraljudssyntesen av silvernanopartiklarna är en enkel och snabb enkrukametod. Användningen av vatten och honung som material, gör reaktionen kostnadseffektiv och exceptionellt miljövänlig.
Den presenterade tekniken för ultraljudsyntes med honung som reducerar och takmedel kan utvidgas till andra ädla metaller, såsom guld, palladium och koppar, som erbjuder olika ytterligare tillämpning från medicin till industri.

TEM-bild (A) och dess partikelstorleksfördelning (B) av Ag-NPs syntetiseras under optimala förhållanden.

Påverka kärnbildning och partikelstorlek av ultraljudsbehandling

Ultraljud möjliggör produktion av nano-partiklar såsom silver nano-partiklar anpassade till kraven. Tre allmänna alternativ för ultraljudsbehandling har viktiga effekter på produktionen:
Initial ultraljudsbehandling: Den korta tillämpningen av ultraljudsvågor till en övermättad lösning kan initiera sådd och bildandet av kärnor. Eftersom ultraljudsbehandling endast tillämpas under det inledande skedet, fortsätter den efterföljande kristalltillväxten obehindrat vilket resulterar i större kristaller.
Kontinuerlig ultraljudsbehandling: Den kontinuerliga bestrålningen av den övermättade lösningen resulterar i små kristaller eftersom den opauserade ultraljudsbehandlingen skapar en hel del kärnor som resulterar i tillväxten av många små kristaller.
Pulsad ultraljudsbehandling: Pulsad ultraljud innebär tillämpning av ultraljud i bestämda intervaller. En exakt kontrollerad ingång av ultraljudsenergi gör det möjligt att påverka kristalltillväxten för att få en skräddarsydd kristallstorlek.

Högpresterande ultrasonicators för syntes

Hielscher Ultrasonics levererar kraftfulla och pålitliga ultraljud processorer för sonochemical applikationer inklusive sono-syntes och sono-katalys. Ultraljud blandning och spridning ökar massöverföringen och främjar vätning och efterföljande kärnbildning av atomkluster för att fälla ut nano-partiklar. Ultraljudssyntes av nanopartiklar är en enkel, kostnadseffektiv, biokompatibel, reproducerbar, snabb och säker metod.
Hielscher Ultrasonics levererar kraftfulla och exakt kontrollerbara ultraljud processorer för kärnbildning och utfällning av nano-material. Alla digitala enheter är utrustade med intelligent programvara, färgad pekskärm, automatisk datainspelning på ett inbyggt SD-kort och har en intuitiv meny för användarvänlig och säker drift.
Täcker hela effektområdet från 50 watt handhållna ultrasonicators för labbet upp till 16.000 watt kraftfulla industriella ultraljudssystem, har Hielscher den perfekta ultraljud setup för din ansökan. Robustheten i Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tunga och krävande miljöer.
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: