Ultratovushli sintez orqali oʻstirilgan ZnO nanostrukturalari

Ultratovush yordamida nanozarrachalar sintez qilish usuli yumshoq reaksiya sharoitlarida oʻlchami, morfologiyasi va kristallik darajasi boshqariladigan nanomateriallarni hosil qilish imkoniyati tufayli tobora koʻproq eʼtibor qozonmoqda. Bu usul akustik kavitatsiya yordamida mahalliy yuqori harorat va bosim hosil qilib, nanozarrachalarning yadrolanishi va oʻsishini kuchaytiradi. Anʼanaviy sintez usullari bilan taqqoslaganda, ultratovushli sintez reaksiyalarning tez kechishi, miqyosni kengaytirish imkoniyati hamda reaksiya parametrlarini oʻzgartirish orqali strukturaviy xususiyatlarni nozik sozlash kabi afzalliklarni taqdim etadi.

Strukturasi oʻzgartirilgan nanozarrachalarni ultratovush yordamida sintez qilishning afzalliklarini koʻrsatish uchun ZnO nanostrukturalari sintezini namunaviy misol sifatida qoʻllaymiz. Morales-Flores va boshq. (2013) tadqiqoti ZnO nanostrukturalari morfologiyasini boshqarishda sonokimyoviy sintezning rolini oʻrganadi. Hielscher zondli ultratovush qurilmasi UP400St (400 vatt, 24 kHz) yordamida tadqiqotchilar reaksiya sharoitlaridagi oʻzgarishlar, ayniqsa pH, ZnO nanostrukturalarining yakuniy morfologiyasi, strukturaviy xususiyatlari va fotolyuminessensiya xatti-harakatiga qanday taʼsir qilishini koʻrsatdilar.

Tajriba qurilmasi – ultratovush bilan ishlov berish yordamida ZnO nanozarrachalarini sintez qilish

Rux atsetatning suvli eritmalariga (0,068 M) argon oqimi ostida 40 W dissipatsiyalangan quvvatda ultratovush taʼsir ettirildi. Ammoniy gidroksid (NH4OH) yordamida reaksiyaning pH qiymati 7 va 10 oraligʻida sozlandi, bu esa sintez qilingan ZnO strukturalarining morfologiyasiga sezilarli taʼsir koʻrsatdi. Sonokimyoviy jarayon akustik kavitatsiyani keltirib chiqarib, ZnO yadrolanishi va oʻsishini ragʻbatlantiruvchi mahalliy yuqori harorat va yuqori bosim sharoitlarini hosil qildi.

pH ning morfologiya va strukturaviy xususiyatlarga taʼsiri

Skanerlovchi elektron mikroskopiya (SEM) turli pH darajalarida farqli morfologiyalarni aniqladi:

pH 7,0: Aralash ZnO/Zn(OH)2 fazasiga ega tayoqchasimon ZnO nanostrukturalarining (eni 86 nm, uzunligi 1182 nm) hosil boʻlishi.
pH 7,5–8,0: Qirrali tayoqchalar va uchlari kosachasimon tayoqchalarga oʻtish (uzunligi ~250–430 nm, eni 135–280 nm).
pH 9,0: Yuqori mikrodeformatsiyaga ega urchuqsimon ZnO nanostrukturalari (uzunligi ~256 nm, eni 95 nm).
pH 10,0: Nuqsonlar zichligi kamaygan bir xil qirrali nanotayoqchalar (uzunligi ~407 nm, eni 278 nm).

Reaksiya aralashmasining (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
va (e) pH 10 qiymatlarida ultratovush yordamida sintez qilib oʻstirilgan ZnO nanostrukturalarining SEM mikrotasvirlari.
(Tadqiqot va tasvirlar: ©Flores-Morales va boshq., 2013)

Rentgen nurlari difraksiyasi (XRD) pH > 7 da geksagonal vyurtsit ZnO mavjudligini hamda yuqoriroq pH qiymatlarida kristallik darajasi oshishi va donalar oʻsishini tasdiqladi.

Optik xususiyatlar va nuqsonlarni boshqarish

Xona haroratida oʻtkazilgan fotolyuminessensiya (PL) tahlili ikkita asosiy nurlanish polosasini ajratib koʻrsatdi:

Ultrabinafsha nurlanish (~380 nm): Energetik zona chetiga yaqin eksiton oʻtishlari.
Koʻrinadigan nurlanish (~580 nm): Kislorod vakansiyalari va tugunlararo nuqsonlar kabi strukturaviy nuqsonlar bilan bogʻliq.

Ayniqsa, pH ning oshishi pH 9 gacha nuqsonlar bilan bogʻliq nurlanish intensivligining ortishiga olib keldi; bu sirt maydonining kattalashishi va kristall panjara nomukammalliklarining koʻpayishi bilan izohlandi. Biroq pH 10 da sirt va kristall panjara nuqsonlarining kamayishi tufayli nuqsonlar bilan bogʻliq nurlanish intensivligi pasaydi.

«Suvli eritmadagi rux atsetatning gidroliz tezligini pH ni sozlash orqali boshqarib, uni ultratovush yordamida gidroliz qilish orqali turli morfologiyali ZnO nanostrukturalarini tayyorlash mumkin edi. Eritmaning pH qiymati 7 yoki undan past boʻlganda Zn(OH)2 fazasi bilan aralashgan sof boʻlmagan ZnO nanostrukturalari hosil boʻlsa, reaksiya aralashmasining yuqoriroq pH qiymatlari sof geksagonal fazadagi ZnO nanostrukturalarini hosil qiladi. Eritmaning pH qiymatini 7,5 va 10 oraligʻida boshqarish orqali fazaviy jihatdan sof, turli morfologiyali ZnO nanostrukturalarini hosil qilish hamda ularning strukturaviy va sirt nuqsonlari konsentratsiyasini boshqarish mumkin edi. ZnO nanostrukturalarini samarali kimyoviy sintez qilish uchun past quvvatli ultratovushdan foydalanish namoyish etildi.»
Flores-Morales va boshq., 2013

Ushbu tadqiqot UP400St yordamida ultratovush taʼsir ettirishning ZnO nanostrukturalari sinteziga katta taʼsirini koʻrsatadi. pH ni sozlash orqali tadqiqotchilar morfologiya, kristallik darajasi va nuqsonlar zichligini muvaffaqiyatli oʻzgartirdilar. Natijalar kerakli xususiyatlarga ega nanozarrachalarni sintez qilishda sonokimyoviy usullarning salohiyatini koʻrsatib, optoelektronika va katalizda qoʻllash uchun yoʻllar ochadi.

Nanozarrachalar sintezingiz uchun eng yaxshi ultratovush qurilmasini tanlang

Hielscher zondli ultratovush qurilmalari quvvati, ishonchliligi, aniqligi va foydalanish qulayligi bilan mashhur boʻlib, nanozarrachalar sintezi uchun ideal tanlov hisoblanadi. Ilgʻor texnologiya va puxta muhandislik yechimlariga ega ushbu ultratovushli ishlov berish qurilmalari sonokimyoviy reaksiyalarni mislsiz darajada boshqarish imkoniyatini taqdim etib, natijalarning takrorlanuvchanligi va samaradorlikni taʼminlaydi. Masalan, UP400St energiyani aniq kiritish va moslashtiriladigan sozlamalarni taqdim etadi, bu esa tadqiqotchilarga nanozarrachalarning optimal morfologiyasi va kristallik darajasiga erishish uchun sintez sharoitlarini moslashtirish imkonini beradi. Laboratoriya miqyosidagi tadqiqotlar yoki sanoat qoʻllanmalari uchun boʻlishidan qatʼi nazar, Hielscher ultratovush qurilmalari yuqori unumdorlik va foydalanish qulayligini kafolatlab, sonokimyoviy sintez uchun eng yaxshi tanlovlardan biri sifatidagi obroʻsini mustahkamlaydi.
Nanozarrachalar sintezi uchun ultratovush quvvatidan foydalaning!

Ushbu videoda gaz bilan purkaladigan shkaf ichida oqim liniyasida ishlash uchun mo‘ljallangan 2 kilovattli ultratovush tizimini namoyish etamiz. Hielscher deyarli barcha sanoat tarmoqlari, jumladan kimyo, farmatsevtika, kosmetika, neft-kimyo jarayonlari hamda erituvchilar asosidagi ekstraksiya jarayonlari uchun ultratovush uskunalarini yetkazib beradi. Gaz bilan purkaladigan ushbu zanglamaydigan po‘lat shkaf xavfli hududlarda ishlash uchun mo‘ljallangan. Yonuvchan gazlar yoki bug‘larning shkafga kirishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun mijoz ushbu germetik shkafni azot yoki toza havo bilan purkashi mumkin.

Nega Hielscher Ultrasonics?

yuqori samaradorlik
eng zamonaviy texnologiya
ishonchlilik va mustahkamlik
sozlanadigan, aniq jarayon boshqaruvi
partiyali va oqim liniyasida ishlov berish
har qanday hajm uchun – laboratoriyadan ishlab chiqarish miqyosigacha
intellektual dasturiy taʼminot
aqlli funksiyalar (masalan, dasturlash imkoniyati, maʼlumotlarni qayd etish, masofadan boshqarish)
ishlatish oson va xavfsiz
kam texnik xizmat talab qiladi
CIP (joyida tozalash)

Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat berish – Germaniyada yaratilgan sifat

Hielscher ultratovush qurilmalari eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va ishlatishning osonligi ultratovush qurilmalarimizni sanoat obyektlariga muammosiz integratsiya qilish imkonini beradi. Hielscher ultratovush qurilmalari ogʻir sharoitlar va yuqori talablar qoʻyiladigan muhitlarda oson ishlaydi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanish qulayligiga ega yuqori unumdor ultratovush qurilmalariga alohida eʼtibor qaratadi. Albatta, Hielscher ultratovush qurilmalari CE talablariga mos keladi hamda UL, CSA va RoHs talablarini bajaradi.

Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Partiya hajmi	Hajmiy oqim tezligi	Tavsiya etilgan qurilmalar
0,5–1,5mL	n.a.	VialTweeter
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
15–150L	3–15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000hdT
n.a.	kattaroq	qurilmalar klasteri: UIP16000hdT

Pirogen kremniy dioksidini ultratovush yordamida disperslash: Hielscher UP400S ultratovushli gomogenizatori kremniy dioksidi kukunini tez va samarali ravishda alohida nanozarrachalarga ajratib disperslaydi.

Tegishli mavzular

Koʻp beriladigan savollar

ZnO nanozarrachalari nima uchun ishlatiladi?

ZnO nanozarrachalari oʻziga xos optik, elektr va mikroblarga qarshi xususiyatlari tufayli biotibbiy qoʻllanmalarda, fotokatalizda, sensorlarda, ultrabinafsha nurlanishdan himoyalashda, bakteriyalarga qarshi qoplamalarda va optoelektronikada keng qoʻllaniladi.

ZnO nanozarrachalarini sintez qilish usullari qanday?

ZnO nanozarrachalarini sintez qilishning keng tarqalgan usullariga zol-gel, choʻktirish, gidrotermal, solvotermal va yashil sintez kiradi. Har bir usul zarrachalarning oʻlchami, morfologiyasi va kristallik darajasiga taʼsir qilib, ularning turli qoʻllanmalardagi samaradorligini belgilaydi.

ZnO nanozarrachalarining xususiyatlari, sintezi va qoʻllanilishi qanday?

ZnO nanozarrachalari katta sirt maydoni, ultrabinafsha nurlanishni kuchli yutish, pyezoelektriklik va fotokatalitik faollikni namoyon etadi. Ularning sintezi oʻlchamlar taqsimoti, faza sofligi va sirt nuqsonlari kabi xususiyatlarga taʼsir qiladi; bu xususiyatlar atrof-muhitni ifloslanishdan tozalash, dori vositalarini yetkazib berish va energiyani saqlashdagi qoʻllanmalar uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega.

Nanozarrachalar sintezi uchun qaysi usul eng yaxshi?

Nanozarrachalar sintezi uchun eng yaxshi usul kerakli xususiyatlar va qoʻllanish sohasiga bogʻliq. Ultratovush taʼsiridan foydalanadigan sonokimyoviy sintez oʻlchami boshqariladigan, yuqori soflikka va kattalashtirilgan sirt maydoniga ega ZnO nanozarrachalarini hosil qilishda juda samarali. U tez yadrolanishni ragʻbatlantiradi, aglomeratsiyaning oldini oladi hamda kristallik darajasi va disperslanishni yaxshilash uchun gidrotermal yoki zol-gel usullari bilan birlashtirilishi mumkin. Energiya samaradorligi va bir xil nanostrukturalarni hosil qilish qobiliyati tufayli bu yondashuv biotibbiy, katalitik va sensor qoʻllanmalari uchun ayniqsa afzaldir.
Ultratovush yordamidagi zol-gel reaksiyalari haqida koʻproq oʻqing!

ZnO nanozarrachalarining kimyoviy barqarorligi qanday?

ZnO nanozarrachalari oʻrtacha kimyoviy barqarorlikni namoyon etadi, biroq kislotali muhitlarda erishi va uzoq muddat ultrabinafsha nurlanish taʼsirida fotodegradatsiyaga uchrashi mumkin. Sirtni modifikatsiyalash va legirlash muayyan qoʻllanmalarda ularning barqarorligini yaxshilashi mumkin.

Adabiyotlar / Manbalar

N. Morales-Flores, R. Galeazzi, E. Rosendo, T. Díaz, S. Velumani, U. Pal (2013): Morphology control and optical properties of ZnO nanostructures grown by ultrasonic synthesis. Advances in Nano Research, Vol. 1, No. 1; 2013. 59-70.
del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.