Синтез нано-срібла з медом та ультразвуком

Наносрібло використовується завдяки його антибактеріальним властивостям для зміцнення матеріалів у медицині та матеріалознавстві. Ультразвук дозволяє проводити швидкий, ефективний, безпечний та екологічно чистий синтез сферичних наночастинок срібла у воді. Синтез ультразвукових наночастинок можна легко масштабувати від малого до великого виробництва.

Синтез колоїдного наносрібла за допомогою ультразвуку

Сонохімічні синтези, що представляють собою синтетичні реакції при ультразвуковому опроміненні, широко використовуються для отримання таких наночастинок, як срібло, золото, магнетит, гідроксиапатит, хлорохін, перовскіт, Латексу та багато інших наноматеріалів.

Ультразвуковий мокрий хімічний синтез

Для наночастинок срібла відомо кілька шляхів синтезу за допомогою ультразвуку. Нижче представлений шлях ультразвукового синтезу з використанням меду в якості відновних і лігандних закупорювальних агентів. Компоненти меду, такі як глюкоза і фруктоза, відповідають за його роль як закупорювального, так і відновного агента в процесі синтезу.
Як і більшість поширених методів синтезу наночастинок, ультразвуковий синтез нано-срібла також підпадає під категорію вологої хімії. Ультразвук сприяє зародженню наночастинок срібла в розчині. Ультразвукове зародження відбувається, коли попередник срібла (комплекс іонів срібла), наприклад, нітрат срібла (AgNO)₃) або перхлорат срібла (AgClO₄), відновлюється до колоїдного срібла в присутності відновника, наприклад меду. За умови, що концентрація іонів срібла в розчині досить збільшується, розчинені іони металевого срібла зв'язуються між собою і утворюють стійку поверхню. Коли скупчення іонів срібла ще невелике, це енергетично несприятливий стан через негативний енергетичний баланс. Негативний енергетичний баланс виникає тому, що енергія, отримана при зменшенні концентрації розчинених частинок срібла, нижче, ніж енергія, витрачена при створенні нової поверхні.
Коли скупчення досягає критичного радіусу, тобто точки, коли воно стає енергетично сприятливим, воно достатньо стабільне, щоб продовжувати зростати. Під час фази росту більше атомів срібла дифундує через розчин і прикріплюється до поверхні. Коли концентрація розчиненого атомарного срібла знижується до певної точки, порог зародження досягається таким чином, що атоми не можуть довше зв'язуватися між собою, щоб утворити стійке ядро. При цьому порозі зародження ріст нових наночастинок припиняється, а залишок розчиненого срібла поглинається шляхом дифузії в зростаючі наночастинки в розчині.
Ультразвукова хвороба сприяє масопереносу, тобто змочуванню скупчень, що призводить до швидшого зародження. За допомогою точно контрольованого ультразвуку можна визначити швидкість росту, розмір і форму структур наночастинок.
Натисніть тут, щоб прочитати більше про ще один зелений метод ультразвукового синтезу нано-срібла за допомогою карагінану!

Порівняння традиційних методів і методів зеленого синтезу синтезу наночастинок.

Приклад ультразвукового синтезу наносрібла

Матеріали: нітрат срібла (AgNO₃) як попередник срібла; мед як закупорювач / відновник; Вода
Ультразвуковий апарат: UP400St

Протокол ультразвукового синтезу

Найкращими умовами для синтезу колоїдних наночастинок срібла визнані наступні: Відновлення нітрату срібла при ультразвуковому покритті, опосередкованому натуральним медом. Коротко кажучи, 20 мл розчину нітрату срібла (0,3 М), що містить мед (20 мас.%), піддавали впливу високоінтенсивного ультразвукового опромінення в умовах навколишнього середовища протягом 30 хв. Ультразвук проводився за допомогою ультразвукового апарату зондового типу UP400S (400 Вт, 24 кГц) занурюють безпосередньо в реакційний розчин.

Гранулометричний склад Ag-NP, синтезованих в оптимальних умовах; концентрації срібла (0,3 М), концентрації меду (20 мас.%), час ультразвукового опромінення (30 хв)
джерело зображення: Oskuee et al. 2016

Харчовий мед використовується як закупорювальний / стабілізуючий і відновний агент, що робить водний розчин для зародження та осаджені наночастинки чистими та безпечними для різноманітних застосувань.
Зі збільшенням часу ультразвуку наночастинки срібла стають меншими, а їх концентрація посилюється.
У водному розчині меду ультразвук є ключовим фактором, який впливає на утворення наночастинок срібла. Параметри звукового звуку, такі як амплітуда, час і безперервний і пульсуючий ультразвук, є основними факторами, які дозволяють контролювати розмір і кількість наночастинок срібла.

Результат ультразвукового синтезу наночастинок срібла

Синтез, що пропагується ультразвуком, опосередкований медом з UP400St в результаті утворилися сферичні наночастинки срібла (Ag-NPs) із середнім розміром частинок близько 11,8 нм. Ультразвуковий синтез наночастинок срібла є простим і швидким методом в одному горщику. Використання води і меду в якості матеріалів, робить реакцію економічно ефективною і виключно екологічною.
Представлена методика ультразвукового синтезу з використанням меду в якості відновника і закупорювання може бути поширена на інші благородні метали, такі як золото, паладій і мідь, що пропонує різноманітне додаткове застосування від медицини до промисловості.

Зображення ТЕМ (А) і його гранулометричний склад (В) Ag-NP, синтезованих в оптимальних умовах.

Вплив на зародження та розмір частинок за допомогою ультразвукового звуку

Ультразвук дозволяє виробляти наночастинки, такі як наночастинки срібла, з урахуванням вимог. Три загальні варіанти ультразвукового апарату мають важливий вплив на результат:
Первинне УЗД: Нетривале застосування ультразвукових хвиль до пересиченого розчину може ініціювати обсіменіння і утворення ядер. Оскільки ультразвук застосовується лише на початковій стадії, подальше зростання кристалів протікає безперешкодно, що призводить до утворення більших кристалів.
Безперервна ультразвукова хвороба: Безперервне опромінення пересиченого розчину призводить до утворення дрібних кристалів, оскільки незупинене ультразвукове випромінювання створює багато ядер, що призводить до зростання безлічі дрібних кристалів.
Імпульсна ультразвукова діагностика: Під імпульсним ультразвуком мається на увазі застосування ультразвуку через певні проміжки часу. Точно контрольоване введення ультразвукової енергії дозволяє впливати на ріст кристалів з метою отримання індивідуального розміру кристала.

Високоефективні ультразвукові апарати для синтезу

Hielscher Ultrasonics постачає потужні та надійні ультразвукові процесори для сонохімічних застосувань, включаючи соносинтез та сонокаталіз. Ультразвукове змішування і диспергування збільшує масообмін і сприяє змочуванню і подальшому зародженню кластерів атомів з метою осадження наночастинок. Ультразвуковий синтез наночастинок є простим, економічно ефективним, біосумісним, відтворюваним, швидким та безпечним методом.
Hielscher Ultrasonics постачає потужні та точно керовані ультразвукові процесори для зародження та осадження наноматеріалів. Всі цифрові пристрої оснащені інтелектуальним програмним забезпеченням, кольоровим сенсорним дисплеєм, автоматичним записом даних на вбудовану SD-карту і мають інтуїтивно зрозуміле меню для зручної та безпечної роботи.
Охоплюючи повний діапазон потужності від ручних ультразвукових систем потужністю 50 Вт для лабораторії до потужних промислових ультразвукових систем потужністю 16 000 Вт, компанія Hielscher має ідеальну ультразвукову установку для вашого застосування. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: