A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هنا، علينا أن نظهر أسلوب توليف فريدة من نوعها، ودرجة حرارة منخفضة نسبيا، والملح المنصهر لإعداد جسيمات نانوية هافناتي لانثانوم أكسيد المعدن مجمع موحد.
تطوير أساليب توليف عمليا أمر حاسم لنجاح الاستكشاف من خصائص الرواية والتطبيقات المحتملة للمواد النانوية. هنا، نحن نقدم طريقة التوليف الملح المنصهر (MSS) لصنع المواد النانوية أكسيد المعدن. وتشمل مزايا أكثر من غيرها من الأساليب بساطته، الخضرة، والموثوقية، والتدرجية، وجينيراليزابيليتي. استخدام والبيروكلور لانثانوم أكسيد الهافنيوم (Hf2س7من لوس أنجليس2) كممثل، يصف لنا البروتوكول MSS للتوليف الناجحة من جسيمات نانوية معقدة أكسيد المعدن (NPs). وعلاوة على ذلك، هذا الأسلوب لديه قدرة فريدة على إنتاج مصادر الطاقة النووية مع ميزات مادية مختلفة عن طريق تغيير معلمات توليف مختلف مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة والمدة وبعد الصلب. بصقل هذه المعلمات، نحن قادرون على توليف NPs موحدة جداً وغير تجمعت والبلورية العالية. وكمثال محدد، نحن تختلف حجم الجسيمات من لوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية عن طريق تغيير تركيز حل هيدروكسيد الأمونيوم المستخدمة في عملية MSS، مما يسمح لنا بمواصلة استكشاف تأثير حجم الجسيمات في مختلف خصائص. ومن المتوقع أن يصبح الأسلوب MSS أسلوب توليف أكثر شعبية للمواد النانوية وأكثر تستخدم على نطاق واسع في علم وتكنولوجيا النانو في المجتمع في السنوات القادمة.
توليف الملح المنصهر (MSS) ينطوي على استخدام الملح المنصهر كوسيلة رد فعل لإعداد المواد النانوية من سلائفها المكونة لها. الملح المنصهر بمثابة المذيب ويسهل معدل التفاعل المعزز بزيادة منطقة الاتصال بين كواشف مختبر وقدرتهم على الحركة. اختيار الأملاح المنصهرة من الأهمية بالنسبة لنجاح أسلوب MSS. الملح يجب تلبية بعض متطلبات الجودة الهامة مثل نقطة انصهار منخفضة، والتوافق مع الأنواع في رد الفعل، وقابلية الذوبان مائي الأمثل. وقد استخدمت الملح المنصهر سابقا لتعزيز معدل تفاعلات الحالة الصلبة؛ ومع ذلك، في نظام التمويه، يستخدم فقط كمية صغيرة من الملح المنصهر (خلافا في MSS، الذي يتم إضافة كمية كبيرة تشكل وسيلة قابلة لذوبان لرد الفعل والتحكم في خصائص المواد متناهية الصغر تجميعي، مثل حجم الجسيمات، والشكل، وكريستالينيتي ، إلخ). وبهذا المعني، MSS تعديل أسلوب مسحوق المعادن ويختلف أسلوب التمويه1،2،3. توظيف يمكن الملح المنصهر (1) زيادة رد فعل معدل الحركية4 بينما تتناقص توليف درجة الحرارة5، (2) زيادة درجة تجانس مادة التفاعل6، (3) مراقبة حجم بلورية ومورفولوجيا7، و (4) خفض مستوى التكتل.
المواد النانوية قد في ارتفاع الطلب في البحوث العلمية والتطبيقات الصناعية الرواية بسبب ما الكيميائية الكهربائية، متفوقة والمغناطيسية، الخصائص البصرية والإلكترونية، والحرارية. خصائصها تعتمد اعتماداً كبيرا على حجم الجسيمات، والشكل، وكريستالينيتي. بالمقارنة مع غيرها من أساليب توليف للمواد النانوية، MSS له العديد من المزايا الواضحة؛ وعلى الرغم من أنه ليس بعد معروفة كسائر أساليب التوليف في علم وتكنولوجيا النانو في المجتمع. كما هو موضح أدناه، تشمل هذه المزايا البساطة والموثوقية، قابلية، جينيراليزابيليتي، الملاءمة البيئية، والفعالية من حيث التكلفة، حرارة توليف انخفاض نسبي، والتكتل الحر مصادر القدرة النووية مع سطح نظيف8.
البساطة: عملية MSS يمكن بسهولة يتم في مختبر بسيط بالمرافق الأساسية. هناك حاجة إلى لا أجهزة متطورة. السلائف والأملاح المنصهرة هي الجوية مستقرة مع عدم الحاجة إلى معالجة مربع القفازات.
الموثوقية: حالما يتم تحسين كافة معلمات التوليف الأولية مثل تركيز الأس الهيدروجيني والوقت اللازم للتجهيز، والصلب درجة الحرارة، منتجات عالية الجودة ونقية مضمونة عند استخدام الأسلوب MSS. المنتجات النهائية إذا وتنفذ جميع توليف الخطوات بشكل صحيح، قد تحقيق كافة المعايير الأساسية المطلوبة لمصادر القدرة النووية ذات النوعية الجيدة. مبتدئ إلى الأسلوب MSS لن تغير نتائج التوليف، طالما يتم اتباع جميع توليف معلمات بشكل صحيح ودقيق.
التدرجية: الأسلوب MSS القدرة على إنتاج كميات كبيرة من الجزيئات التي تسيطر على حجم وشكل أمر حاسم. المهم هذا عاملاً حاسما لأنه يسمح لتحديد جدوى صناعية والكفاءة. بالمقارنة مع غيرها من تقنيات التوليف، MSS يمكن بسهولة توليد كمية كافية من المنتجات عن طريق ضبط كميات المقايسة أثناء العملية. هذا سمة هامة من الأسلوب لأنه يسمح للراحة على الصعيد الصناعي، مما يجعل من اتباع نهج أكثر من المطلوب بسبب هذا التوسع9،10.
جينيراليزابيليتي: طريقة MSS أيضا أسلوب التعميم لإنتاج جسيمات نانوية مع التراكيب المختلفة. بخلاف أكاسيد معدنية بسيطة وبعض الفلوريد، تشمل المواد النانوية أكاسيد معدنية المعقدة التي قد تم تصنيعه بنجاح بواسطة الأسلوب MSS11،بيروفسكيتيس (أبو3)10،12، 13،14، الاسبنيل (AB2س4)15،16،، والبيروكلور (2ب2س7)4،،من1718 19، وهياكل orthorhombic (2ب4س9)2،3،20. وبشكل أكثر تحديداً، تشمل هذه المواد النانوية فيريتيس، تيتاناتيس، نيوباتيس، موليتي، بورات الألومنيوم، ولستنت، والاباتيت الغازية7،9،21. كما استخدمت الأسلوب MSS لإنتاج المواد النانوية من مختلف مورفولوجيس مثل نانوسفيريس4والسيراميك مسحوق الهيئات22، نانوفلاكيس23، نانوبلاتيس7، نانورودس24وشل الأساسية جسيمات نانوية (NPs)25، تبعاً لظروف التوليف والتركيب البلوري للمنتجات.
الملاءمة البيئية: العديد من الأساليب التقليدية لصنع المواد النانوية تنطوي على استخدام كميات كبيرة من المذيبات العضوية والمواد السامة التي تولد القضايا البيئية. القضاء الجزئي أو الكلي لاستخدامها، وتوليد النفايات من العمليات المستدامة في الطلب للكيمياء الخضراء في الوقت الحاضر8. والأسلوب MSS نهج صديقة للبيئة لتجميع المواد النانوية باستخدام المواد الكيميائية والمتجددة غير سام والتقليل من النفايات والمنتجات الثانوية، والطاقة.
توليف انخفاض نسبي درجة الحرارة: درجة حرارة المعالجة الأسلوب MSS هي منخفضة نسبيا بالمقارنة مع ما يلزم من رد فعل الحالة الصلبة تقليدية26 أو رد فعل احتراق جل سول27. يحفظ هذا انخفاض درجة الحرارة الطاقة بينما تنتج NPs عالية الجودة.
فعالية التكلفة: MSS طريقة لا تتطلب أي كواشف مختبر القاسي أو مكلفة أو المذيبات ولا أي الأجهزة المتخصصة. والماء هو المذيب الرئيسية المستخدمة تجرف الأملاح المنصهرة المستخدمة، التي أيضا رخيصة. وعلاوة على ذلك، يتضمن الإعداد التجريبية اللازمة فقط الأواني البسيطة وفرن دون الأجهزة المتخصصة، بينما يمكن أن تنتج المواد النانوية مع تركيبة معقدة وطبيعة المقاوم للحرارة.
التكتل الحر مع سطح نظيف: عملية خلال MSS، جسيمات نانوية المشكلة مشتتة جيدا في المتوسط الملح المنصهر بسبب كميتها كبيرة، تستخدم جنبا إلى جنب مع ارتفاع الأيونية القوة واللزوجة1،6، 8-خلافا لتوليف الغروية ومعظم العمليات الحرارية المائية/سولفوثيرمال، لا طبقة سطحية واقية ضروري لمنع النمو المستمر والتكتل شكلت مصادر القدرة النووية.
التوليف المثالي من أكسيد المعدن المعقدة مصادر القدرة النووية بواسطة الأسلوب MSS: نهج MSS طريقة عالمية وفعالة من حيث التكلفة لعقلانية وعلى نطاق واسع تجميع المواد النانوية مجالاً واسعاً بما فيه الكفاية للمواد قد ترحيب كبير العلماء ويعمل في علم وتكنولوجيا النانو. هنا، هافناتي لانثانوم (La2Hf2س7) اختير بسبب تطبيقاتها المتعددة الوظائف في المناطق ل الأشعة السينية في التصوير، وارتفاع كعازل، التﻷلؤ، الفوسفور حرارية، والحاجز الحراري طلاء، و المضيف النفايات النووية. لوس أنجليس2Hf2س7 أيضا مضيفة جيدة لمخدر سسينتيلاتورس نظراً لكثافته عالية وكبيرة العدد الذري الفعال وإمكانية هيكلها كريستال يكون هندسيا جنبا إلى جنب مع فترة انتقال من مرحلة اضطراب في نظام. أنه ينتمي إلى أسرة7 أ2ب2س من المركبات، التي "A" عنصر نادر الأرض – مع حالة أكسدة + 3، ويمثل "ب" عنصر معدني انتقال مع حالة أكسدة + 4. ومع ذلك، نظراً لطبيعة الصهر ومعقدة التركيب الكيميائي، كان هناك عدم انخفاض درجة الحرارة المناسبة وأساليب توليف واسعة النطاق للوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية.
لإجراء البحوث العلمية الأساسية والتطبيقات التكنولوجية المتقدمة، شرط أساسي لجعل مونوديسبيرسي، عالية الجودة، والزي2ب2س7 مصادر القدرة النووية. هنا نستخدم توليف البلورية العالية La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية كمثال لإظهار مزايا الأسلوب MSS. كما تخطيطياً هو مبين في الشكل 1، وأعدت La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية بواسطة الأسلوب MSS مع عملية من خطوتين في أعقاب تقاريرنا السابقة. أولاً، تمهيدا معقدة مصدر واحد من La(OH)3· HfO(OH)2· n ح2س أعد طريق كوبريسيبيتيشن. في الخطوة الثانية، تم توليف حجم السيطرة La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية عن طريق عملية MSS سهلة باستخدام خليط معقد مصدر واحد، السلائف ونيترات (نانو3: كنو3 = نسبة 1:1، ومولي) في 650 درجة مئوية ح 6.
الرقم 1 : خطوات التخطيطي للتقرير التوليفي للوس أنجليس 2 Hf 2 O 7 مصادر القدرة النووية عن طريق الأسلوب MSS. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
1-إعداد مصدر واحد السلائف المعقدة عبر مسار كوبريسيبيتيشن
2-المنصهر الملح توليف NPs هافناتي لانثانوم
قد تكون موجودة تصنيعه كلوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية في مرحلة والبيروكلور مرتبة. ومع ذلك، يمكن تعديل الكيميائية المنشطة والضغط ودرجة الحرارة المرحلة لعيب فلوريت. فمن الممكن لحياتنا المادية مراحل متعددة؛ ومع ذلك، نركز هنا فقط على مرحلة والبيروكل?...
ويوفر المخطط في الشكل 4 عدة عوامل المسيطر موثوقة لأسلوب MSS وحسابات لمسارات بديلة لضبط خصائص المواد النانوية تجميعي. وباﻹضافة إلى ذلك، فإنه يساعد على تحديد الخطوات الحاسمة في عملية MSS.
الرقم...
لا توجد صراعات على إعلان.
يشكر المؤلفون الدعم المالي المقدم من "المؤسسة الوطنية للعلوم" تحت تشي (جائزة #1710160) ومعهد وزارة الزراعة الوطنية للأغذية والزراعة (جائزة #2015-38422-24059). قسم الكيمياء في جامعة تكساس وادي ريو غراندي تشعر بالامتنان للدعم السخية المقدمة من "الإدارات منحة" من "مؤسسة روبرت ولش ألف" (رقم المنحة BX-0048). S.K.G. أود أن أشكر مؤسسة التعليم الولايات المتحدة والهند (USIEF) ومعهد التعليم الدولي (IIE) على بلده "فولبرايت نهرو زمالات ما بعد الدكتوراه" (جائزة #2268/فنبدر/2017).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetone, ACS, 99.5+% | Alfa Aesar | 67-64-1 | Dried over 4A sieves |
Hafnium dichloride oxide octahydrate, 98+% (metals basis excluding Zr), Zr <1.5% | Alfa Aesar | 14456-34-9 | Hygroscopic |
Lanthanum(III) nitrate hexahydrate | Aldrich | 10277-43-7 | Hygroscopic |
Potassium nitrate, ReagentPlus R, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | 7757-79-1 | Hygroscopic |
Sodium nitrate, ReagentPlus R, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | 7631-99-4 | |
Ammonium hydroxide, 28% NH3, NH4OH | Alfa Aesar | 1336-21-6 | |
Filter paper, P8 grade | Fisherbrand |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved