โครงสร้างนาโน ZnO ที่เติบโตด้วยการสังเคราะห์โดยใช้อัลตราซาวนด์

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนด้วยอัลตราซาวนด์ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้น เนื่องจากสามารถผลิตวัสดุนาโนที่ควบคุมขนาด สัณฐานวิทยา และความเป็นผลึกได้ภายใต้สภาวะปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรง เทคนิคนี้ใช้คาวิเทชันทางเสียงเพื่อสร้างอุณหภูมิและความดันสูงเฉพาะจุด ซึ่งช่วยส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของอนุภาคนาโน เมื่อเทียบกับวิธีสังเคราะห์แบบดั้งเดิม การสังเคราะห์ด้วยอัลตราซาวนด์มีข้อดี เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่รวดเร็ว ความสามารถในการขยายขนาดกระบวนการ และความสามารถในการปรับสมบัติเชิงโครงสร้างอย่างละเอียดด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของปฏิกิริยา

เราใช้การสังเคราะห์โครงสร้างนาโน ZnO เป็นกรณีตัวอย่างเพื่อแสดงข้อดีของการสังเคราะห์อนุภาคนาโนที่มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างด้วยอัลตราซาวนด์ การศึกษาของ Morales-Flores et al. (2013) สำรวจบทบาทของการสังเคราะห์ทางโซโนเคมีในการควบคุมสัณฐานวิทยาของโครงสร้างนาโน ZnO นักวิจัยใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบ Hielscher รุ่น UP400St (400 วัตต์, 24 kHz) เพื่อแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงสภาวะปฏิกิริยา โดยเฉพาะ pH ส่งผลต่อสัณฐานวิทยาสุดท้าย สมบัติเชิงโครงสร้าง และพฤติกรรมการเรืองแสงจากการกระตุ้นด้วยแสงของโครงสร้างนาโน ZnO อย่างไร

การจัดชุดทดลอง – การสังเคราะห์อนุภาคนาโน ZnO ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์

สารละลาย zinc acetate ในน้ำ (0.068 M) ได้รับการฉายคลื่นอัลตราซาวนด์ด้วยกำลังที่ถ่ายเทเข้าสู่สารละลาย 40 W ภายใต้การไหลของอาร์กอน โดยปรับ pH ของปฏิกิริยาระหว่าง 7 ถึง 10 ด้วย ammonium hydroxide (NH4OH) ซึ่งส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อสัณฐานวิทยาของโครงสร้าง ZnO ที่สังเคราะห์ได้ กระบวนการทางโซโนเคมีทำให้เกิดคาวิเทชันทางเสียง สร้างสภาวะอุณหภูมิสูงและความดันสูงเฉพาะจุดที่ส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของ ZnO

อิทธิพลของ pH ต่อสัณฐานวิทยาและสมบัติเชิงโครงสร้าง

การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) พบสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนที่ระดับ pH ต่าง ๆ:

• pH 7.0: การเกิดโครงสร้างนาโน ZnO รูปแท่ง (กว้าง 86 nm, ยาว 1182 nm) ที่มีเฟสผสม ZnO/Zn(OH)2
• pH 7.5–8.0: การเปลี่ยนเป็นแท่งที่มีหน้าผลึกและแท่งที่มีปลายรูปถ้วย (ยาว ~250–430 nm, กว้าง 135–280 nm)
• pH 9.0: โครงสร้างนาโน ZnO รูปกระสวย (ยาว ~256 nm, กว้าง 95 nm) ที่มีความเครียดระดับจุลภาคสูง
• pH 10.0: แท่งนาโนที่มีหน้าผลึกและมีลักษณะสม่ำเสมอ (ยาว ~407 nm, กว้าง 278 nm) ที่มีความหนาแน่นของตำหนิลดลง

ภาพจุลทรรศน์ SEM ของโครงสร้างนาโน ZnO ที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราซาวนด์และเติบโตในส่วนผสมของปฏิกิริยาที่ (a) pH 7, (b) pH 7.5, (c) pH 8, d) pH 9,
และ (e) pH 10
(การศึกษาและภาพ: ©Flores-Morales et al., 2013)

การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) ยืนยันการมีอยู่ของ ZnO โครงสร้างเวิร์ตไซต์แบบเฮกซะโกนัลที่ pH > 7 โดยมีความเป็นผลึกและการเติบโตของเกรนเพิ่มขึ้นเมื่อค่า pH สูงขึ้น

สมบัติทางแสงและการควบคุมตำหนิ

การวิเคราะห์การเรืองแสงจากการกระตุ้นด้วยแสง (PL) ที่อุณหภูมิห้องแสดงแถบการเปล่งแสงหลักสองแถบ:

• การเปล่งแสงอัลตราไวโอเลต (~380 nm): การเปลี่ยนสถานะของเอกซิตอนใกล้ขอบแถบพลังงาน
• การเปล่งแสงที่มองเห็นได้ (~580 nm): เกี่ยวข้องกับตำหนิเชิงโครงสร้าง เช่น ตำแหน่งว่างของออกซิเจนและตำหนิจากอะตอมแทรก

เป็นที่น่าสังเกตว่าการเพิ่ม pH ทำให้ความเข้มของการเปล่งแสงที่เกี่ยวข้องกับตำหนิสูงขึ้นจนถึง pH 9 ซึ่งเป็นผลจากพื้นที่ผิวและความไม่สมบูรณ์ของโครงผลึกที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ที่ pH 10 ความเข้มของการเปล่งแสงจากตำหนิลดลง เนื่องจากตำหนิที่ผิวและในโครงผลึกลดลง

“สามารถผลิตโครงสร้างนาโน ZnO ที่มีสัณฐานวิทยาแตกต่างกันได้ด้วยไฮโดรลิซิสของ zinc acetate ในสารละลายน้ำโดยใช้อัลตราซาวนด์ และควบคุมอัตราไฮโดรลิซิสด้วยการปรับ pH ขณะที่สารละลายที่มี pH 7 หรือต่ำกว่าจะให้โครงสร้างนาโน ZnO ที่ไม่บริสุทธิ์และมีเฟส Zn(OH)2 ผสมอยู่ ค่า pH ที่สูงกว่าของส่วนผสมของปฏิกิริยาจะให้โครงสร้างนาโน ZnO ในเฟสเฮกซะโกนัลบริสุทธิ์ การควบคุม pH ของสารละลายระหว่าง 7.5 ถึง 10 ทำให้สามารถผลิตโครงสร้างนาโน ZnO ที่มีเฟสบริสุทธิ์และสัณฐานวิทยาหลากหลาย รวมทั้งควบคุมความเข้มข้นของตำหนิเชิงโครงสร้างและตำหนิที่ผิวได้ มีการแสดงให้เห็นแล้วว่าสามารถใช้อัลตราซาวนด์กำลังต่ำเพื่อสังเคราะห์โครงสร้างนาโน ZnO ทางเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพ”
Flores-Morales et al., 2013

การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงผลกระทบอย่างมากของการฉายคลื่นอัลตราซาวนด์ด้วย UP400St ต่อการสังเคราะห์โครงสร้างนาโน ZnO นักวิจัยสามารถปรับสัณฐานวิทยา ความเป็นผลึก และความหนาแน่นของตำหนิได้สำเร็จด้วยการปรับ pH ผลการศึกษาชี้ให้เห็นศักยภาพของวิธีทางโซโนเคมีในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนให้มีสมบัติตามต้องการ ซึ่งเปิดแนวทางสำหรับการประยุกต์ใช้ในออปโตอิเล็กทรอนิกส์และการเร่งปฏิกิริยา

เลือกเครื่องอัลตราซาวนด์ที่ดีที่สุดสำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนของคุณ

เครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบของ Hielscher มีชื่อเสียงด้านกำลัง ความเชื่อถือได้ ความแม่นยำ และความสะดวกในการใช้งาน จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโน ด้วยเทคโนโลยีล้ำสมัยและการออกแบบทางวิศวกรรมที่แข็งแกร่ง เครื่องประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์เหล่านี้จึงให้การควบคุมปฏิกิริยาทางโซโนเคมีที่ไม่มีใครเทียบได้ พร้อมรับรองความสามารถในการทำซ้ำและประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น UP400St ให้พลังงานป้อนเข้าที่แม่นยำและการตั้งค่าที่ปรับแต่งได้ ช่วยให้นักวิจัยปรับสภาวะการสังเคราะห์เพื่อให้ได้สัณฐานวิทยาและความเป็นผลึกของอนุภาคนาโนที่เหมาะสมที่สุด ไม่ว่าจะเป็นการวิจัยระดับห้องปฏิบัติการหรือการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher รับประกันสมรรถนะสูงและความสะดวกในการใช้งาน ตอกย้ำชื่อเสียงในฐานะตัวเลือกชั้นนำสำหรับการสังเคราะห์ทางโซโนเคมี
ใช้ประโยชน์จากพลังของอัลตราซาวนด์เพื่อสังเคราะห์อนุภาคนาโน!
 

การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพที่ผลิตในเยอรมนี

เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher เป็นที่รู้จักดีในด้านมาตรฐานคุณภาพและการออกแบบสูงสุด ความทนทานและการใช้งานง่ายช่วยให้สามารถผสานเครื่องอัลตราซาวนด์ของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher สามารถรับมือกับสภาวะที่รุนแรงและสภาพแวดล้อมที่มีข้อเรียกร้องสูงได้อย่างง่ายดาย

Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราซาวนด์ของ Hielscher เป็นไปตามข้อกำหนด CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างแสดงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา: