Nanopartículas de ZnO sintetizadas vía Ultrasonido: Impacto de las condiciones de síntesis sobre las propiedades relevantes de las NPs

BRUNO J. BOTELLI; VERÓNICA LASSALLE

Congreso; XXI Encuentro de Superficies y Materiales nanoestructurados; 2022

Las nanopartículas (NPs) de ZnO son un tipo de material semiconductor que en escala nanométrica tienen buena versatilidad para aplicaciones en varios campos como industrial, biológico, óptico, sensorial y médico, entre otros, pudiendo presentar diversas morfologías [1]. Es por ello, que existen diferentes metodologías de síntesis química a partir de precursores en disolución. Sin embargo, varias exigen condiciones tales como elevadas temperaturas y presiones así como el uso de reactivos contaminantes [2]. En este trabajo, se emplea el método por ultrasonido (US), también conocido como síntesis sonoquímica, debido a su simple operación, baja toxicidad y la posibilidad de trabajar a temperatura ambiente y presión atmosférica; permitiendo la obtención de NPs de menor tamaño y en tiempos de síntesis más cortos [3].Esta metodología se fundamenta en el empleo de ondas de ultrasonido en el medio de reacción para generar cavitaciones, las cuales generan pequeñas burbujas que luego implosionan generando sitios de reacción denominados “hot spots” de pocos microsegundos de existencia. De esta manera, se crean condiciones extremas transitorias, tales como presiones del orden de cientos de atmósferas y temperaturas del orden de miles de Kelvin que permiten la síntesis de las NPs de interés [4]. Se ha demostrado que esta metodología permite obtener NPs de diferentes características mediante el ajuste conveniente de los parámetros experimentales asociados a la misma. Este trabajo se centra en el estudio de parámetros relevantes asociados a la síntesis de NPs de ZnO por el método de US, para analizar su correlación con propiedades de interés de las NPs como tamaño, morfología, cristalinidad, polidispersión. Para ello se analizaron en esta etapa dos parámetros: potencias y tiempos de síntesis.Las NPs obtenidas se caracterizaron mediante Difracción de rayos X (XRD), espectroscopia Infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), dispersión de luz dinámica (DLS) así como mediciones de potencial Zeta. Por otro lado, se realizaron estudios por microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM) para estudiar sus tamaños y morfologías. Los resultados obtenidos demuestran un patrón de cristalinidad característico de la wurzita. Por FT-IR, se observan bandas características entre 400 y 1000cm-1 correspondientes vibraciones de estiramientos de enlaces Zn-O. Las mediciones de potencial Z registran valores entre -3.2 y -22.4mV, dependiendo de las condiciones. En cuanto a su diámetro hidrodinámico fueron registrados valores entre 259 y 621 nm. La morfología varía sensiblemente en función de la potencia y del tiempo de síntesis fijados, generando desde esferas y cubos hasta NPs huecas.Estos resultados permitieron confirmar la síntesis de NPs de ZnO vía US y demostrar que sus propiedades más importantes dependen de los parámetros estudiados. De esta manera, estos resultados muestran ser prometedores para implementar procesos de operación a potencias bajas y tiempos cortos de síntesis, destacándose la ausencia de surfactantes en la obtención de estos nanomateriales.