Наноструктури ZnO, вирощені методом ультразвукового синтезу

Синтез ультразвукових наночастинок привертає все більшу увагу завдяки своїй здатності виробляти наноматеріали з контрольованим розміром, морфологією та кристалічністю в умовах м'якої реакції. Цей метод використовує акустичну кавітацію для створення локалізованих високих температур і тиску, сприяючи посиленому зародженню та росту наночастинок. У порівнянні зі звичайними методами синтезу, ультразвуковий синтез має такі переваги, як швидка швидкість реакції, масштабованість і можливість точного налаштування структурних властивостей шляхом зміни параметрів реакції.

Ми використовуємо синтез наноструктур ZnO як зразковий приклад для висвітлення переваг синтезу ультразвукових наночастинок зі зміненими структурами. У дослідженні Morales-Flores et al. (2013) досліджується роль сонохімічного синтезу в управлінні морфологією наноструктур ZnO. Використовуючи сонікатор зондового типу Hielscher UP400St (400 Вт, 24 кГц), дослідники продемонстрували, як варіації умов реакції, зокрема рН, впливають на кінцеву морфологію, структурні властивості та поведінку фотолюмінесценції наноструктур ZnO.

Експериментальна установка – Синтез наночастинок ZnO за допомогою звукового звуку

Водні розчини ацетату цинку (0,068 М) піддавали ультразвуковому опроміненню при потужності, що розсіюється 40 Вт під потоком аргону. Реакційний рН регулювали від 7 до 10 за допомогою гідроксиду амонію (NH4OH), що значно впливало на морфологію синтезованих структур ZnO. Сонохимический процес викликав акустичну кавітацію, створюючи локалізовані умови високої температури та високого тиску, які сприяли зародженню та росту ZnO.

Вплив рН на морфологію та структурні властивості

Скануюча електронна мікроскопія (СЕМ) виявила різні морфології при різних рівнях рН:

• рН 7,0: Формування паличкоподібних наноструктур ZnO (ширина 86 нм, довжина 1182 нм) зі змішаною фазою ZnO/Zn(OH)2.
• рН 7,5–8,0: Перехід на грановані бруски та чашкові бруски (~250–430 нм довжина, 135–280 нм ширина).
• рН 9,0: Веретеноподібні наноструктури ZnO (~256 нм довжина, 95 нм ширина) з високою мікродеформацією.
• рН 10,0: Однорідні грановані наностержні (~407 нм довжина, 278 нм ширина) зі зниженою щільністю дефектів.

SEM мікрофотографії ультразвуково синтезованих наноструктур ZnO, вирощених при (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
д) рН 10 реакційної суміші.
(Дослідження та зображення: ©Flores-Morales et al., 2013)

Рентгенівська дифракція (РФА) підтвердила наявність гексагонального вюрциту ZnO для рН > 7, з підвищеною кристалічністю і зростанням зерен при більш високих значеннях рН.

Оптичні властивості та контроль дефектів

Аналіз фотолюмінесценції при кімнатній температурі (PL) виділив два основні діапазони випромінювання:

• Ультрафіолетове випромінювання (~380 нм): Екситонічні переходи ближньої зони.
• Видиме випромінювання (~580 нм): пов'язане зі структурними дефектами, такими як кисневі вакансії та інтерстиціальні дефекти.

Примітно, що підвищення рівня рН призвело до більш високої інтенсивності випромінювання, пов'язаної з дефектами, до рівня рН 9, що пояснюється збільшенням площі поверхні та дефектами решітки. Однак при рН 10 інтенсивність викидів дефектів знижувалася за рахунок зменшення дефектів поверхні і решітки.

“Наноструктури ZnO різної морфології можуть бути виготовлені шляхом ультразвукового гідролізу ацетату цинку у водному розчині шляхом контролю швидкості його гідролізу за допомогою регулювання рН. У той час як розчин з рН 7 або нижче утворює нечисті наноструктури ZnO, змішані з фазою Zn(OH)2, вищі значення рН реакційної суміші створюють наноструктури ZnO в чистій гексагональній фазі. Контролюючи рН розчину в діапазоні від 7,5 до 10, можна отримати чисті наноструктури ZnO різної морфології та контролювати концентрацію їх структурних та поверхневих дефектів. Продемонстровано використання ультразвуку малої потужності для ефективного хімічного синтезу наноструктур ZnO.”
Флорес-Моралес та ін., 2013

Це дослідження ілюструє глибокий вплив ультразвукового опромінення з використанням UP400St на синтез наноструктури ZnO. Налаштувавши рН, дослідники успішно модулювали морфологію, кристалічність і щільність дефектів. Отримані результати підкреслюють потенціал сонохімічних методів для індивідуального синтезу наночастинок, пропонуючи шляхи для застосування в оптоелектроніці та каталізі.

Отримайте найкращий звуковий апарат для синтезу наночастинок

Соніки зондового типу Hielscher відомі своєю потужністю, надійністю, точністю та зручністю для використання, що робить їх ідеальним вибором для синтезу наночастинок. Завдяки передовим технологіям і надійній інженерії ці ультразвукові процесори забезпечують безпрецедентний контроль над сонохімічними реакціями, забезпечуючи відтворюваність і ефективність. Наприклад, UP400St, забезпечує точне введення енергії та настроювані налаштування, що дозволяє дослідникам адаптувати умови синтезу для оптимальної морфології та кристалічності наночастинок. Незалежно від того, чи призначені вони для лабораторних досліджень або промислового застосування, ультразвукові апарати Hielscher гарантують високу продуктивність і простоту використання, зміцнюючи свою репутацію як найкращого вибору для сонохімічного синтезу.
Скористайтеся можливостями ультразвуку для синтезу наночастинок!
 

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Caution: Video "duration" is missing