プラズマ

Jul 05, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7427 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

半導体金属酸化物としてのナノ構造酸化タングステンは、その有望かつ注目すべき特性によりかなりの注目を集めている。 酸化タングステンのナノ粒子は、触媒、センサー、スーパーキャパシターなどの幅広い技術や用途に使用できます。この研究では、大気グロー放電を使用した簡単な方法でナノ粒子を調製しました。 この最新のアプローチには、高効率や簡単な機能など、多くの利点がありました。 合成パフォーマンスは、わずか 1 ステップで、2 分から開始して 8 分間継続するという短時間で実行されました。 X 線回折パターンにより、大気圧での \({\mathrm{WO}}_{3}\) の生成が明らかになりました。 合成された粒子サイズは、走査型電子顕微鏡を使用して特性評価されました。 実験結果によれば、合成は印加電圧、ガスの種類、水面上のプラズマ形成面に大きく影響されることがわかった。 ガスの電位差と熱伝導率が増加すると合成速度が向上しましたが、この速度はガスの原子量が減少すると低下しました。

ナノ粒子は、その独特の光学特性、形状、サイズにより広く使用されています。 これらの粒子の一般的な合成方法は、生物学的、化学的、物理的方法です1、2。 金属ナノ粒子 (MNP) は、生物医学、電子産業、光学デバイスなどの幅広い用途で使用できる調整可能な特性により科学者の注目を集めています 3、4、5、6。 三酸化タングステン (\({\mathrm{WO}}_{3}\) とも呼ばれる酸化タングステンなど) の金属ナノ粒子で作られた結晶粉末は、電気化学、光触媒、スマート ウィンドウ、電子デバイスに利用できます7。 、8、9、10。

ナノテクノロジー関連の研究開発が世界的に加速しています。 同社の主要製品の 1 つは金属ナノ粒子 (MNP) です。 ナノ粒子は、湿式化学技術によって最も一般的に合成されます。 これらは、溶液中の化学物質の還元の助けを借りて核生成を生成します11。 比較すると、プラズマによる合成では、化学薬品や上層の薬剤を使用せずに核を準備します。 非熱プラズマ (NTP) では、イオンと電子は異なる温度にあります12。 これに関して、ナノ粒子の非熱合成は、さまざまな融解温度で可能になります。 ホールパッチの関係によれば、結晶粒径を小さくすることで材料理論強度と同様の強度を得ることができます。 NTP 技術は、ナノマテリアルの優れたクリーンで簡単な合成方法として、粒子サイズの縮小におけるその特有の特性により多くの注目を集めています 13。

Ashkarran ら 14 は、脱イオン水中でアーク電流を変えてアーク放電法により \({\mathrm{WO}}_{3}\) ナノ粒子を合成し、得られたナノ粒子の特性を調査しました。 ２５Ａのアーク電流における粒子サイズは約３０ｎｍであった。 粒子サイズはアーク電流が 64 nm まで増加するにつれて増加し、これによりバンドギャップが 2.9 eV から 2.6 eV に減少しました。 最小の電流で調製されたサンプルは、粒子サイズが最小で表面積が最大であるため、より多くの光触媒活性を示しました。 Chen ら 15 は、パルスプラズマによってサイズ約 5 nm の \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) ナノ粒子を調製しました。脱イオン水。 脱イオン水内のパルスプラズマに固有のクエンチ効果と液体環境により、基準格子よりも長い格子長を持つ超小型粒子が生成されました。 \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) は ST-01 \({\mathrm{TiO}}_ よりも高い吸収を示しました) {2}\) と Wako \({\mathrm{WO}}_{3}\) のナノ粒子が可視領域に存在します。 Sirotkin ら 16 は、水中衝撃放電を利用して \({\mathrm{WO}}_{3}\) ナノ粒子を合成しました。このナノ粒子は、放電電流と追加の電解質に応じて、平均粒子直径は約 60 nm です。 サンプルは、低いバンドギャップと多孔質構造により、高い光触媒活性を示しました。 Ranjan ら 17 は、酸素環境中でのワイヤー爆発プロセスによって \({\mathrm{WO}}_{3}\) ナノ粒子を合成し、その光触媒挙動を調査しました。 粒子サイズは対数正規分布に従い、最小平均サイズは 24.1 nm でした。 ナノ粒子のバンドギャップは 2.92 eV であると測定されました。 Chang ら 18 は、平均粒径 164.9 nm、吸光波長 315 nm のナノタングステン コロイド \(({\mathrm{W}}_{2.00}\mathrm{ and W})\) を生成しました。 \upzeta \) の電位は - 64.9 mV、脱イオン水中での火花放電システムを使用した場合の最小粒子サイズは 11 nm です。