Tytuł projektu: Badanie mechanizmu regulacji rozmiaru nanocząstek ZnO otrzymywanych w mikrofalowej syntezie solwotermalnej

Numer projektu: UMO-2015/19/N/ST5/03668

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, Konkurs Preludium 10

Czas realizacji: 2016-2017

Kontakt: mgr inż. Jacek Wojnarowicz, tel. + 48 22 876 04 29

 

Popularnonaukowe streszczenie projektu:

Celem badań jest zrozumienie mechanizmu zjawiska, zaobserwowanego przez autora projektu. Polegającego na tym, że rozmiar nanocząstek (NC) ZnO otrzymywanych w czasie mikrofalowej syntezy solwotermalnej (MSS) zależy od stężenia wody w użytym rozpuszczalniku organicznym. Synteza solwotermalna to synteza w fazie ciekłej w podwyższonym ciśnieniu, czyli w temperaturze powyżej temperatury wrzenia rozpuszczalnika w warunkach normalnych. Badany proces polega na ogrzewaniu w komorze ciśnieniowej roztworu octanu cynku w glikolu etylenowym. Zaobserwowano, że w trakcie syntezy NC ZnO, rozmiar NC ZnO jest funkcją stężenia wody w użytym rozpuszczalniku. Dodatkowym celem projektu jest poznanie mechanizmu opisanej reakcji solwotermalnej.

Prace w projekcje będą realizowane poprzez otrzymanie produktów syntezy solwotermalnej NC ZnO z regulowaną zawartością wody w prekursorze dla różnych czasów syntezy w reaktorze mikrofalowych MSS2. Unikalny reaktor MSS2 pozwala na przerwanie reakcji syntezy NC ZnO w dowolnym jej czasie, poprzez gwałtowne schłodzenie i zamrożenie przebiegu reakcji przy zachowaniu najwyższej czystości. W kolejnym etapie pracy uwaga będzie skupiona nad identyfikacja produktów pośrednich reakcji, badaniu zawartości wody w mieszaninie poreakcyjnej i śledzenie wody (D2O) w produktach syntezy ZnO. Określony zostanie wpływ wody na wydajność syntezy, strukturę oraz szybkości wzrostu NC ZnO. Zostaną przedstawione równania reakcji przy uwzględnieniu wpływu wody na poszczególne etapy syntezy solwotermalnej NC ZnO. Przedstawiony model mechanizmu regulacji rozmiaru NC ZnO zostanie zweryfikowany eksperymentalnie.

Nie uwzględnienie wpływu obecności wody w syntezie solwotermalnej może być jednym z głównych powodów otrzymywania NC o niepowtarzalnych rozmiarach i właściwościach. Zrozumienie mechanizmu kontroli rozmiaru NC ZnO pozwoli nam na dalszy rozwój i optymalizacje mikrofalowej syntezy solwotermalnej. Zdobyta wiedza i doświadczenie umożliwi także dalszy rozwój nowych konstrukcji reaktorów mikrofalowych.

Znając mechanizm reakcji można nią świadomie sterować zmieniając parametry jej środowiska dzięki czemu możemy łatwo i celowo modyfikować produkt. Regulacja rozmiarów cząstek ZnO w nanoskali pozwala na modyfikowanie ich właściwości chemicznych, katalitycznych, biologicznych, mechanicznych, morfologicznych, elektrycznych, optycznych oraz strukturalnych. Znaczenie projektu powiększa fakt, że wyniki projektu mogą wyjaśnić niepowtarzalność rozmiaru oraz morfologii obecnie produkowanych NC przy użyciu syntez solwotermalnych.

 

Publikacje powstałe w wyniku realizacji projektu badawczego o nr UMO-2015/19/N/ST5/03668 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki:

1. Wojnarowicz, J.; Chudoba, T.; Koltsov, I.; Gierlotka, S.; Dworakowska, S.; Lojkowski, W. Size control mechanism of ZnO nanoparticles obtained in microwave solvothermal synthesis, Nanotechnology 2018, 26, No. 065601. doi:10.1088/1361-6528/aaa0ef
   
   
2. Wojnarowicz, J.; Chudoba, T.; Gierlotka, S.; Lojkowski, W. Size Control of Cobalt-Doped ZnO Nanoparticles Obtained in Microwave Solvothermal Synthesis, Crystals 2018, 8(4), 179, doi: 10.3390/cryst8040179. (PDF)
   
   
3. Cierech, M.; Osica, I.; Kolenda, A.; Wojnarowicz, J.; Szmigiel, D.; Łojkowski, W.; Kurzydłowski, K.; Ariga, K.; Mierzwińska-Nastalska, E. Mechanical and Physicochemical Properties of Newly Formed ZnO-PMMA Nanocomposites for Denture Bases, Nanomaterials, 2018, 8, 305, doi:10.3390/nano8050305. (PDF)
   
   
4. Wojnarowicz, J.; Chudoba, T.; Gierlotka, S.; Lojkowski, W. Effect of Microwave Radiation Power on the Size of Aggregates of ZnO NPs Prepared Using Microwave Solvothermal Synthesis, Nanomaterials, 2018, 8(5), 343, doi: 10.3390/nano8050343. (PDF)

 

Nagrody otrzymane w wyniku realizacji projektu badawczego o nr UMO-2015/19/N/ST5/03668 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki:

1. Best Poster Award, 16th World Nano Conference held during June 05-06, 2017 in Milan, Italy (PDF)
   
   
2. 2nd place award for oral presenation „Effect of Microwave Radiation Power on the Size of Aggregates of ZnO NPs Prepared Using Microwave Solvothermal Synthesis “, EYEC 2018 (PDF)
   
   
3. Wyróżnienie publikacji “Size control mechanism of ZnO nanoparticles obtained in microwave solvothermal synthesis” przez czasopismo Nanotechnology umieszczeniem go na okładce jako artykuł “Polecany” tomu 29 (6), Nanotechnology, 2018. (PDF)