การสังเคราะห์เกล็ดนาโน SnOx ด้วยอัลตราซาวนด์

วัสดุนาโนสองมิติ (2D) ยังคงได้รับความสนใจอย่างมากในด้านวัสดุศาสตร์ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูง สมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับได้ และอันตรกิริยาเฉพาะตัวกับแสงและสสาร ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ ระบบที่มีดีบุกออกไซด์เป็นองค์ประกอบหลัก (โดยทั่วไปคือ SnO₂ หรือเฟสผสม SnO/SnO₂) ได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากมีลักษณะเป็นสารกึ่งตัวนำ มีเสถียรภาพทางเคมี และเข้ากันได้กับกระบวนการที่ใช้น้ำเป็นตัวกลาง ในการสังเคราะห์ทางโซโนเคมี การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยให้ผลิตเกล็ดดีบุกออกไซด์ระดับนาโน (เกล็ดนาโน SnOx) ด้วยวิธีจากบนลงล่าง โดยมีลักษณะทางโครงสร้าง / สัณฐานวิทยาที่ดีเยี่ยม – ทำให้เหมาะสำหรับการประยุกต์ใช้ขั้นสูง เช่น การรักษาด้วยความร้อนจากแสง (PTT)

กลไกและเหตุผลของการลอกชั้นด้วยอัลตราซาวนด์เพื่อผลิตเกล็ดนาโน

กระบวนการอัลตราซาวนด์ (การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง) เป็นเทคนิคที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่ามีประสิทธิภาพสูงในการสังเคราะห์วัสดุนาโน ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์หลักคือคาวิเทชันเชิงเสียง – กล่าวคือ วัฏจักรการก่อตัว การเติบโต และการยุบตัวของฟองในตัวกลางของเหลว – ซึ่งทำให้เกิดสภาวะสุดขั้วเฉพาะบริเวณ (อุณหภูมิ ~5 000 K ความดัน ~1 000 bar และอัตราการเย็นตัว/ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว) ที่ส่งเสริมการแตกเป็นชิ้น การลอกชั้น และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของของแข็งที่เป็นสารตั้งต้น

สำหรับสารประกอบดีบุกที่มีโครงสร้างเป็นชั้นหรือกึ่งชั้น (เช่น SnS₂, SnO, SnO₂) การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยให้เกิด:

• การแยกชั้นหรือการลอกชั้นของโครงสร้างแบบชั้นให้เป็นเกล็ดบาง;
• การแตกเป็นชิ้นด้วยแรงทางกล ซึ่งลดขนาดในแนวระนาบ;
• การถ่ายโอนมวลและความไวต่อปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นในตัวกลางที่เป็นน้ำ ซึ่งอาจทำให้เกิดโครงสร้างที่มีตำหนิหรือการเปลี่ยนเฟส;
• การกระจายตัวของแผ่นระดับนาโนในสารละลายที่ดีขึ้นสำหรับการแปรรูปต่อไป

ตัวอย่างเช่น มีการผลิตแผ่นนาโน SnO แบบผลึกเดี่ยวด้วยการสังเคราะห์ในตัวกลางที่เป็นน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์ร่วมกับ PVP (พอลิไวนิลไพร์โรลิโดน) เพื่อช่วยในการลอกชั้นและยับยั้งการเติบโตของผลึกขนาดไมโคร ในภาพรวม มีการใช้อัลตราซาวนด์เพื่อเตรียม SnO₂ ที่มีรูพรุนและมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงด้วยกระบวนการทางโซโนเคมี
ดังนั้น เมื่อต้องการผลิตเกล็ดนาโนดีบุกออกไซด์ (SnOx) ด้วยวิธีจากบนลงล่าง การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์จึงเป็นทางเลือกที่สมเหตุสมผล – โดยเฉพาะเมื่อใช้ร่วมกับตัวกลางที่เป็นน้ำ การปรับสภาพทางเคมีแบบอ่อน หรือการลอกชั้นทางเคมีไฟฟ้า

 

 

การสังเคราะห์เกล็ดนาโน SnOx – ภาพรวมกระบวนการ

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนดีบุกออกไซด์ (SnO) เริ่มต้นด้วยการละลายสารตั้งต้นดีบุก (SnCl₂) ในน้ำกลั่น 36 mL พร้อมกวนเบา ๆ จากนั้นปรับ pH ของสารละลายอย่างระมัดระวังให้อยู่ระหว่าง 9 และ 10 โดยค่อย ๆ เติมแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ 4 mL ระหว่างการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ ใช้เครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบ – เช่น UIP500hdT (500 W, 20 kHz) ที่ติดตั้งโพรบไทเทเนียมขนาด 18 mm (BS4d18) – เพื่อให้คลื่นอัลตราซาวนด์แก่ส่วนผสมเป็นเวลา 60 นาที พร้อมรักษาอุณหภูมิไว้ที่ประมาณ 80–90 °C การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์อย่างต่อเนื่องส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตอย่างสม่ำเสมอของอนุภาคนาโนดีบุกออกไซด์ ทำให้ได้สารละลายคอลลอยด์ที่เป็นเนื้อเดียวกันและโปร่งใสหลังผ่านกระบวนการประมาณหนึ่งชั่วโมง (เทียบกับ Ullah et al., 2017)

แนวทางนี้น่าสนใจตรงที่ใช้เฉพาะตัวกลางที่เป็นน้ำ – ซึ่งเพิ่มความเข้ากันได้กับกระบวนการทางชีวการแพทย์ในขั้นต่อไป – อีกทั้งเป็นกระบวนการที่ขยายขนาดได้และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

 

 

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้: การรักษาด้วยความร้อนจากแสง NIR (PTT)

การรักษาด้วยความร้อนจากแสง (PTT) ในช่วงอินฟราเรดใกล้ (NIR) โดยใช้วัสดุนาโนเป็นกลยุทธ์ที่มีศักยภาพสำหรับการรักษามะเร็งแบบเลือกจำเพาะ ในงานวิจัยของ Chang et al. (2025) เกล็ดนาโน SnOx มีประสิทธิภาพการแปลงแสงเป็นความร้อน ~93 % (สำหรับระบบกระจายตัวของเกล็ดนาโน SnOx ที่มีความเข้มข้น 0.25 mg/mL) ภายใต้การฉายแสง LED ที่ความยาวคลื่น 810 nm ระบบกระจายตัวของเกล็ดนาโน SnOx ที่มีความเข้มข้น 3 mg/mL ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ~19 °C ใน 30 min นอกจากนี้ การศึกษาในหลอดทดลองแสดงให้เห็นความเป็นพิษต่อเซลล์แบบเลือกจำเพาะ เช่น ที่ความเข้มข้น 100–200 µg/mL และการฉายแสงเป็นเวลา 30 min ที่ 115.2 mW/cm² ความมีชีวิตของเซลล์ลดลง ~50 % ในเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่และไส้ตรง SW837 และ ~92 % ในเซลล์มะเร็งผิวหนัง A431 โดยไม่พบความเป็นพิษต่อเซลล์ไฟโบรบลาสต์จากผิวหนังมนุษย์
ผลลัพธ์นี้น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากใช้แหล่งกำเนิดแสง LED ที่มีต้นทุนต่ำ (แทนเลเซอร์ราคาแพง) และกระบวนการที่ใช้น้ำเป็นตัวกลาง ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการขยายขนาดและศักยภาพในการนำผลการวิจัยไปใช้ทางคลินิก ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าสัณฐานวิทยาของวัสดุนาโน วิศวกรรมตำหนิ และเส้นทางกระบวนการ (การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ + ออกซิเดชัน) สามารถเปิดแนวทางใหม่ในการประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์ได้อย่างไร

เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการสังเคราะห์เกล็ดนาโน

เครื่องประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์ของ Hielscher เป็นเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่พัฒนาด้วยวิศวกรรมเยอรมัน ออกแบบสำหรับการใช้งานทั้งในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม โดยให้การควบคุมแอมพลิจูด พลังงานที่ป้อน และอุณหภูมิอย่างแม่นยำ – ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญสำหรับการสังเคราะห์วัสดุนาโนที่ให้ผลทำซ้ำได้ ในการผลิตเกล็ดนาโน ระบบแบบโพรบของเครื่องเหล่านี้ (เช่น UP400St, UIP500hdT, UIP1000hdT) สร้างคาวิเทชันเชิงเสียงที่รุนแรง ซึ่งช่วยให้ลอกชั้น แยกชั้น และกระจายวัสดุแบบชั้น เช่น ออกไซด์ของโลหะหรือไดแคลโคเจไนด์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แอมพลิจูดที่ปรับได้ (สูงสุดถึง 200 µm) ความสามารถในการทำงานอย่างต่อเนื่อง และระบบติดตามแบบดิจิทัลที่รวมอยู่ในเครื่อง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการถ่ายโอนพลังงานที่สม่ำเสมอและความสามารถในการขยายขนาดที่ดีเยี่ยมจากปริมาตรระดับมิลลิลิตรไปจนถึงลิตร คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher มีข้อได้เปรียบเป็นพิเศษในการสังเคราะห์เกล็ดนาโนที่สม่ำเสมอ โดยควบคุมขนาด ความหนา และองค์ประกอบของเฟสได้ ภายใต้สภาวะที่ใช้น้ำเป็นตัวกลางและไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher ช่วยให้ปรับแอมพลิจูด เวลา โหมดพัลส์ และอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ – ทำให้สามารถออกแบบขนาด สัณฐานวิทยา และการเติมหมู่ฟังก์ชันได้

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:

การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพที่ผลิตในเยอรมนี

เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบระดับสูงสุด ความทนทานและการใช้งานที่ง่ายช่วยให้ผสานเครื่องอัลตราซาวนด์ของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher รับมือกับสภาวะที่หนักหน่วงและสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูงได้อย่างง่ายดาย

Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและเป็นมิตรต่อผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher สอดคล้องกับข้อกำหนด CE และเป็นไปตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs