Wissenschaftler verwenden ein Teflonrohr, um einen billigen, einfachen Reaktor für die Synthese von Silica-Partikeln herzustellen

1. Juli 2020

vom ARC Centre of Excellence in Exciton Science

Forscher in Australien und China haben eine innovative und kostengünstige neue Methode zur Herstellung von Silikatkügelchen vorgeschlagen, die eine Reihe wichtiger Anwendungen haben, die von der Nanomedizin und Bioimaging bis zur Herstellung von Papier und poliertem Beton reichen.

Die Synthese von Siliciumdioxidpartikeln für experimentelle und industrielle Zwecke begann in den 1960er Jahren und erfolgt normalerweise in großen Mengen, wo eine kontrollierte Dotierung zur Induktion der Funktionalität schwierig ist.

Die Kontrolle der Syntheseparameter kann durch kostspielige und zeitaufwändige Mikrofluidikreaktoren im kleinen Maßstab erreicht werden, die Fotolithographie, Ätzen, Kleben und Spritzgießen erfordern und anfällig für Verstopfungen sind.

Jetzt wurde ein überraschend einfacher neuer Ansatz demonstriert, der kostengünstig und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit für verschiedene Anwendungen übernommen werden konnte.

Forscher am ARC Centre of Excellence in Exciton Science an der University of Melbourne konstruierten in Zusammenarbeit mit Kollegen der South China Normal University ein Strömungssynthesegerät unter Verwendung eines um einen Stab gewickelten Rohrs aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder „Teflon“. und mit zwei Spritzen verbunden. Ihre Ergebnisse wurden im Chemical Engineering Journal veröffentlicht.

Der Schlüssel zum Erfolg dieses Ansatzes ist ein Spiralkanal, der die Wirbelströmungseigenschaften fördert, und diese Art der Flüssigkeitsströmung fördert eine äußerst effiziente Durchmischung der Vorläuferflüssigkeiten.

„Wenn das passiert, haben Sie jetzt diesen sehr billigen und recht effizienten chemischen Reaktor“, sagte der korrespondierende Autor Dr. Eser Akinoglu.

„Sobald sich die Flüssigkeiten in einem spiralförmigen Rohr befinden, vermischen sie sich aufgrund dieser Wirbel sehr schnell und … die Gesamtreaktion ist homogener, das Produkt ist homogen und die Silikatpartikel haben eine einheitliche Größe und Form.“

Auch wenn es unwahrscheinlich ist, dass dieser neue Mechanismus die industrielle Massenfertigung zur Herstellung reiner Silica-Partikel ersetzen wird, könnte er durchaus mit dem mikrofluidischen Ansatz konkurrieren, der bei der Synthese von Silica-Nanopartikeln für spezielle Nischenanwendungen verwendet wird, wie etwa mit bunten Farbstoffen „dotierte“ Silica-Partikel Einkapselung von Quantenpunkten für Fluoreszenz.

„Aus Sicht der Materialkosten ist es sehr vernünftig“, sagte Dr. Akinoglu.

„Für die Zukunft ist diese Flusssynthesemethode ideal für die Einführung neuer Komponenten in die Reaktion … Sie könnten etwas anderes in diesen Fluss geben, um es mit dem gesamten Prozess zu vermischen, und es wird dann in diesen Silica-Partikeln eingekapselt.“

Mehr Informationen: Hui Yang et al. Ein PTFE-Helix-Kapillar-Mikroreaktor für die Hochdurchsatzsynthese monodisperser Silica-Partikel, Chemical Engineering Journal (2020). DOI: 10.1016/j.cej.2020.126063

Bereitgestellt vom ARC Center of Excellence in Exciton Science