การสังเคราะห์นาโนเฟลก SnOx ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

วัสดุนาโนสองมิติ (2D) ยังคงได้รับความสนใจอย่างมากในวิทยาศาสตร์วัสดุ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูง คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถปรับแต่งได้ และปฏิสัมพันธ์ที่เป็นเอกลักษณ์กับแสงและสสาร ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ ระบบที่มีออกไซด์ของตะกั่วเป็นฐาน (โดยทั่วไปคือ SnO₂ หรือเฟสผสมของ SnO/SnO₂) มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ มีความเสถียรทางเคมี และสามารถเข้ากันได้กับการประมวลผลในน้ำในการสังเคราะห์ทางโซนิเคมิคอล การโซนิเคชันช่วยให้สามารถผลิตแผ่นฟอยล์ออกไซด์ของตะกั่วขนาดนาโน (SnOx nanoflakes) แบบท็อปดาวน์ได้ โดยมีคุณสมบัติทางโครงสร้าง / รูปร่างที่ยอดเยี่ยม – ทำให้เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้ขั้นสูง เช่น การบำบัดด้วยแสงความร้อน (PTT)

กลไกและเหตุผลของการลอกผิวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสำหรับนาโนเฟลก

การประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (การโซนิเคชันความเข้มสูง) ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการสังเคราะห์นาโนวัสดุ ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สำคัญคือ การเกิดโพรงเสียง – คือ วงจรของการเกิดฟอง การเติบโต และการยุบตัวของฟองในตัวกลางของเหลว – ซึ่งก่อให้เกิดสภาวะสุดขั้วเฉพาะที่ (อุณหภูมิประมาณ 5,000 เคลวิน, ความดันประมาณ 1,000 บาร์ และอัตราการเย็น/ร้อนอย่างรวดเร็ว) ที่ช่วยเพิ่มการแตกตัว การลอกออก และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของของแข็งที่เป็นสารตั้งต้น

ในบริบทของสารประกอบดีบุกแบบชั้นหรือกึ่งชั้น (เช่น SnS₂, SnO, SnO₂) การใช้อัลตราโซนิกช่วยในการ:

• การแยกชั้นหรือการลอกออกเป็นแผ่นบางของโครงสร้างแบบชั้น
• การแตกตัวทางกลที่ลดขนาดด้านข้าง
• การขนส่งมวลและปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นในสื่อที่เป็นน้ำ ซึ่งอาจก่อให้เกิดโครงสร้างที่มีข้อบกพร่องหรือการเปลี่ยนแปลงของเฟส
• การกระจายตัวของแผ่นขนาดนาโนในสารละลายที่ดีขึ้นเพื่อการประมวลผลต่อไป

ตัวอย่างเช่น แผ่นนาโน SnO แบบผลึกเดี่ยวถูกผลิตขึ้นโดยการสังเคราะห์ในน้ำด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในสภาวะที่มี PVP (โพลีไวนิลไพโรลิโดน) เพื่อช่วยในการลอกชั้นและยับยั้งการเติบโตของผลึกขนาดเล็ก นอกจากนี้ คลื่นเสียงความถี่สูงยังถูกนำมาใช้ในการเตรียม SnO₂ ที่มีรูพรุนและมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงผ่านกระบวนการทางเคมีด้วยคลื่นเสียง (sonochemical routes) อีกด้วย
ดังนั้น เมื่อมีเป้าหมายในการผลิตแผ่นนาโนออกไซด์ของดีบุก (SnOx) ด้วยวิธีการแบบบนลงล่าง การใช้อัลตราซาวด์จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสม – โดยเฉพาะเมื่อรวมกับตัวกลางที่เป็นน้ำ การบำบัดทางเคมีอย่างอ่อน หรือการลอกออกด้วยไฟฟ้าเคมี

 

 

การสังเคราะห์แผ่นนาโน SnOx – ภาพรวมกระบวนการ

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนของออกไซด์ของตะกั่ว (SnO) เริ่มต้นโดยการละลายสารตั้งต้นของตะกั่ว (SnCl₂) ในน้ำกลั่น 36 มิลลิลิตร โดยคนให้ละลายอย่างเบามือ จากนั้นปรับค่า pH ของสารละลายให้อยู่ระหว่าง 9 ถึง 10 อย่างระมัดระวัง โดยการเติมแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ 4 มิลลิลิตรอย่างช้า ๆ ระหว่างการทำการรักษาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (ultrasonic treatment) ตัวทำคลื่นเสียงที่ใช้เป็นแบบโพรบ (probe-type sonicator) – เช่น UIP500hdT (500 วัตต์, 20 กิโลเฮิรตซ์) ที่ติดตั้งหัวโพรบไทเทเนียมขนาด 18 มม. (BS4d18) – ใช้เพื่อทำการโซนิคผสมเป็นเวลา 60 นาที โดยรักษาอุณหภูมิให้อยู่ที่ประมาณ 80–90 °C การโซนิคอย่างต่อเนื่องช่วยส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสและการเจริญเติบโตอย่างสม่ำเสมอของอนุภาคนาโนออกไซด์ของตะกั่ว ให้ได้สารละลายคอลลอยด์ที่สม่ำเสมอและโปร่งใสหลังจากกระบวนการประมาณหนึ่งชั่วโมง (เปรียบเทียบกับ Ullah et al., 2017)

แนวทางนี้น่าสนใจตรงที่ใช้เพียงตัวกลางที่เป็นน้ำเท่านั้น – ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการทำงานร่วมกันกับการประมวลผลทางชีวการแพทย์ในขั้นตอนต่อไป – และ เป็นกระบวนการที่สามารถปรับขนาดได้และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

 

 

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้: การบำบัดด้วยความร้อนด้วยแสงอินฟราเรด (NIR Photothermal Therapy, PTT)

การบำบัดด้วยแสงความร้อนใกล้อินฟราเรด (NIR) (PTT) โดยใช้สารนาโนเป็นกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มสำหรับการรักษามะเร็งแบบเลือกเฉพาะ ในงานวิจัยของ Chang และคณะ (2025) พบว่าแผ่นนาโน SnOx สามารถบรรลุประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงเป็นความร้อนได้ประมาณ 93% (สำหรับการกระจายตัวที่ความเข้มข้น 0.25 มก./มล.) ภายใต้การฉายแสง LED ที่ความยาวคลื่น 810 นาโนเมตรการกระจายตัวที่ความเข้มข้น 3 มก./มล. ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิประมาณ 19 °C ในเวลา 30 นาทีนอกจากนี้ การศึกษาในหลอดทดลองยังแสดงให้เห็นถึงความเป็นพิษต่อเซลล์แบบเลือกเฉพาะ: ตัวอย่างเช่น ที่ความเข้มข้น 100-200 µg/mL และฉายรังสีเป็นเวลา 30 นาที ที่ความเข้มรังสี 115.2 mW/cm² พบว่าความสามารถในการอยู่รอดของเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ SW837 ลดลงประมาณ 50% และเซลล์มะเร็งผิวหนัง A431 ลดลงประมาณ 92% โดยไม่พบความเป็นพิษต่อไฟโบรบลาสต์ของผิวหนังมนุษย์
ผลลัพธ์นี้น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากใช้แหล่งกำเนิดแสง LED ที่มีต้นทุนต่ำ (แทนที่จะเป็นเลเซอร์ราคาแพง) และการประมวลผลในน้ำ ซึ่งช่วยปรับปรุงความสามารถในการขยายขนาดและศักยภาพในการนำไปใช้จริง นอกจากนี้ยังเน้นให้เห็นว่าลักษณะของนาโนวัสดุ การวิศวกรรมข้อบกพร่อง และเส้นทางการประมวลผล (การสั่นสะเทือน + การออกซิเดชัน) สามารถเปิดแนวทางใหม่ในการประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์ได้อย่างไร

เครื่องโซนิเคเตอร์ประสิทธิภาพสูงสำหรับการสังเคราะห์นาโนเฟลก

เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นเครื่องโซนิเคเตอร์ประสิทธิภาพสูง ออกแบบและพัฒนาโดยวิศวกรชาวเยอรมัน เหมาะสำหรับการใช้งานทั้งในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม พร้อมควบคุมความแม่นยำของแอมพลิจูด ปริมาณพลังงานที่ป้อนเข้า และอุณหภูมิได้อย่างละเอียด – พารามิเตอร์สำคัญสำหรับการสังเคราะห์นาโนวัสดุที่สามารถทำซ้ำได้ ในการผลิตนาโนเฟลก ระบบแบบโพรบของพวกเขา (เช่น UP400St, UIP500hdT, UIP1000hdT) ส่งผลให้เกิดการเกิดโพรงเสียงที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งช่วยให้เกิดการลอกชั้น การแยกชั้น และการกระจายตัวของวัสดุที่มีโครงสร้างเป็นชั้น เช่น ออกไซด์ของโลหะหรือไดคาลโคเจนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพแอมพลิจูดที่ปรับได้ (สูงสุด 200 µm), ความสามารถในการทำงานต่อเนื่อง, และการตรวจสอบแบบดิจิทัลที่รวมอยู่ด้วย ช่วยให้มั่นใจในการถ่ายโอนพลังงานที่สม่ำเสมอและความสามารถในการปรับขนาดที่ยอดเยี่ยมจากปริมาตรมิลลิลิตรถึงลิตร คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher มีข้อได้เปรียบเป็นพิเศษสำหรับการสังเคราะห์นาโนเฟลกที่มีขนาด ความหนา และองค์ประกอบเฟสที่ควบคุมได้ภายใต้สภาวะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในน้ำ
เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher ช่วยให้สามารถปรับแต่งความถี่, เวลา, โหมดพัลส์, และอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ – คำนึงถึงขนาดทางวิศวกรรม รูปร่าง และการปรับแต่งหน้าที่ใช้งาน

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs