Cấu trúc nano ZnO được phát triển bằng cách tổng hợp siêu âm

Tổng hợp hạt nano siêu âm ngày càng được chú ý do khả năng sản xuất vật liệu nano với kích thước, hình thái và độ kết tinh được kiểm soát trong điều kiện phản ứng nhẹ. Kỹ thuật này tận dụng xâm thực âm thanh để tạo ra nhiệt độ và áp suất cao cục bộ, thúc đẩy tăng cường tạo mầm và tăng trưởng của các hạt nano. So với các phương pháp tổng hợp thông thường, tổng hợp siêu âm mang lại những lợi thế như tốc độ phản ứng nhanh, khả năng mở rộng và khả năng tinh chỉnh các đặc tính cấu trúc bằng cách sửa đổi các thông số phản ứng.

Chúng tôi sử dụng tổng hợp các cấu trúc nano ZnO như một trường hợp điển hình để làm nổi bật những ưu điểm của tổng hợp hạt nano siêu âm với các cấu trúc sửa đổi. Nghiên cứu của Morales-Flores et al. (2013) khám phá vai trò của tổng hợp siêu âm trong việc kiểm soát hình thái của cấu trúc nano ZnO. Sử dụng máy siêu âm kiểu đầu dò Hielscher UP400St (400 watt, 24 kHz), các nhà nghiên cứu đã chứng minh sự thay đổi trong điều kiện phản ứng, đặc biệt là pH, ảnh hưởng như thế nào đến hình thái cuối cùng, tính chất cấu trúc và hành vi phát quang của cấu trúc nano ZnO.

Thiết lập thử nghiệm – Tổng hợp hạt nano ZnO bằng cách sử dụng Sonication

Dung dịch nước kẽm axetat (0,068 M) được chiếu xạ siêu âm ở công suất tiêu tán 40 W dưới dòng argon. pH phản ứng được điều chỉnh từ 7 đến 10 bằng cách sử dụng amoni hydroxit (NH4OH), tác động đáng kể đến hình thái của cấu trúc ZnO tổng hợp. Quá trình siêu âm gây ra xâm thực âm thanh, tạo ra các điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao cục bộ thúc đẩy sự hình thành và tăng trưởng của ZnO.

Ảnh hưởng của pH đến hình thái và tính chất cấu trúc

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy các hình thái khác nhau ở các mức pH khác nhau:

• Độ pH 7.0: Sự hình thành các cấu trúc nano ZnO giống như que (chiều rộng 86 nm, chiều dài 1182 nm) với pha ZnO / Zn (OH) 2 hỗn hợp.
• Độ pH 7.5–8.0: Chuyển đổi sang thanh khía cạnh và thanh cuối cốc (chiều dài ~ 250–430 nm, chiều rộng 135–280 nm).
• Độ pH 9.0: Cấu trúc nano ZnO hình trục chính (chiều dài ~ 256 nm, chiều rộng 95 nm) với vi biến dạng cao.
• Độ pH 10.0: Các thanh nano có nhiều mặt đồng nhất (chiều dài ~ 407 nm, chiều rộng 278 nm) với mật độ khuyết tật giảm.

Kính hiển vi SEM của cấu trúc nano ZnO tổng hợp siêu âm được phát triển ở (a) pH 7, (b) pH 7,5, (c) pH 8, d) pH 9,
và (e) pH 10 của hỗn hợp phản ứng.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Flores-Morales và cộng sự, 2013)

X-ray diffraction (XRD) confirmed the presence of hexagonal wurtzite ZnO for pH > 7, with enhanced crystallinity and grain growth at higher pH values.

Tính chất quang học và kiểm soát khuyết tật

Phân tích quang phát quang (PL) ở nhiệt độ phòng làm nổi bật hai dải phát xạ chính:

• Phát xạ tia cực tím (~ 380 nm): Chuyển tiếp kích thích cạnh gần dải.
• Phát xạ nhìn thấy (~ 580 nm): Liên quan đến các khuyết tật cấu trúc như khoảng trống oxy và khuyết tật kẽ.

Đáng chú ý, việc tăng độ pH dẫn đến cường độ phát xạ liên quan đến khuyết tật cao hơn lên đến pH 9, do diện tích bề mặt và sự không hoàn hảo của mạng lưới tăng lên. Tuy nhiên, ở độ pH 10, cường độ phát thải khuyết tật giảm do các khuyết tật bề mặt và mạng lưới giảm.

“Cấu trúc nano ZnO có hình thái khác nhau có thể được chế tạo bằng cách thủy phân siêu âm kẽm axetat trong dung dịch nước bằng cách kiểm soát tốc độ thủy phân của nó thông qua điều chỉnh pH. Trong khi dung dịch pH 7 trở xuống tạo ra cấu trúc nano ZnO không tinh khiết trộn với pha Zn (OH) 2, giá trị pH cao hơn của hỗn hợp phản ứng tạo ra cấu trúc nano ZnO ở pha lục giác tinh khiết. Kiểm soát độ pH của dung dịch trong khoảng từ 7,5 đến 10, có thể tạo ra các cấu trúc nano ZnO tinh khiết pha có hình thái khác nhau và có thể kiểm soát nồng độ của các khuyết tật cấu trúc và bề mặt của chúng. Việc sử dụng siêu âm công suất thấp để tổng hợp hóa học các cấu trúc nano ZnO một cách hiệu quả đã được chứng minh.”
Flores-Morales và cộng sự, 2013

Nghiên cứu này minh họa tác động sâu sắc của việc chiếu xạ siêu âm sử dụng UP400St đối với tổng hợp cấu trúc nano ZnO. Bằng cách điều chỉnh độ pH, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh thành công hình thái, độ kết tinh và mật độ khuyết tật. Những phát hiện nêu bật tiềm năng của các phương pháp siêu âm hóa để tổng hợp hạt nano phù hợp, cung cấp các con đường cho các ứng dụng trong quang điện tử và xúc tác.

Nhận thiết bị siêu âm tốt nhất cho quá trình tổng hợp hạt nano của bạn

Máy siêu âm kiểu đầu dò Hielscher nổi tiếng về sức mạnh, độ tin cậy, độ chính xác và thân thiện với người dùng, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để tổng hợp hạt nano. Với công nghệ tiên tiến và kỹ thuật mạnh mẽ, các bộ xử lý siêu âm này cung cấp khả năng kiểm soát vô song đối với các phản ứng siêu âm, đảm bảo khả năng tái tạo và hiệu quả. Ví dụ, UP400St cung cấp năng lượng đầu vào chính xác và cài đặt có thể tùy chỉnh, cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh các điều kiện tổng hợp để có hình thái và độ kết tinh của hạt nano tối ưu. Cho dù cho nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm hay các ứng dụng công nghiệp, máy siêu âm Hielscher đảm bảo hiệu suất cao và dễ sử dụng, củng cố danh tiếng của họ như một lựa chọn hàng đầu để tổng hợp siêu âm.
Tận dụng sức mạnh của siêu âm để tổng hợp hạt nano!
 

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

Caution: Video "duration" is missing