Resume Jurnal

Review Article Synthesis of Silica Nanoparticles by Sol-Gel: Size-Dependent Properties, Surface Modication, and Applications in Silica-Polymer NanocompositesA Review

Nanoteknologi dengan cepat menyapu seluruh ladang penting dari ilmu pengetahuan dan teknologi seperti elektronik, antariksa, pertahanan, kesehatan, dan gigi. Ini melibatkan dalam desain, sintesis, karakterisasi dan penerapan materi dan perangkat pada skala nanometer. Pada skala nano, sifat fisik, kimia, dan biologi berbeda dari sifat-sifat atom dan molekul individu materi masif. Pengembangan nanopartikel keramik dengan sifat yang lebih baik telah dipelajari dengan banyak keberhasilan di beberapa daerah seperti sintesis. Contoh keramik silika, alumina, titania, zirkonia, silikon nitrida, silikon karbida, dan sebagainya. Kemajuan nanoteknologi sebagai filler dalam rekayasa composite. Partikel silika diambil dari alam masih mengandung pengotor logam dan tidak menguntungkan untuk sains dan aplikasi industri. Dengan demikian, fokus diberikan pada silika sintetis (silika koloid, gel silika, silika pyrogenic, dan silika yang diendapkan), yang murni dan diproduksi sebagian besar dalam bentuk bubuk amorf dibandingkan dengan silika mineral alam (kuarsa, tridimit, kristobalit) yang dalam bentuk Kristal. Beberapa metode sintesis silika nano adalah proses sol-gel, reverse mikroemulsi, dan sintesis api. Proses sol-gel banyak digunakan untuk menghasilkan partikel silika murni karena kemampuannya untuk mengontrol ukuran partikel, ukuran pendistribusian dan morfologi melalui pemantauan sistematis parameter reaksi. Tulisan ini akan berfokus pada aspek sintesis, sifat tergantung ukuran, dan modifikasi permukaan nanosilica. Proses sol-gel diterapkan secara luas untuk menghasilkan silika, kaca, dan bahan keramik karena kemampuannya untuk membentuk kemurnian dan homogen. Proses ini melibatkan hidrolisis dan kondensasi dari alkoksida logam (Si (OR) 4) seperti tetraetilortosilikat (TEOS, Si (OC2H5) 4) atau garam anorganik seperti natrium silikat (Na2SiO3) dengan adanya asam mineral (misalnya, HCl) atau basa. Hal yang terjadi dalam sintesis sol-gel nanopartikel silica adalah:

1. Optimasi Kondisi Reaksi. Suatu kondisi sintesis dioptimalkan adalah kombinasi dari nilai-nilai yang optimal dari masing-masing parameter reaksi metode sol-gel yang bisa menghasilkan terkecil, homogen, dan monodispersed nanopartikel silika. Pada prinsipnya, nanopartikel lebih kecil diperoleh dengan mengendalikan (memperlambat) laju reaksi polikondensasi melalui manipulasi parameter reaksi. Sebagian besar karya sepakat bahwa ukuran partikel meningkat dengan meningkatnya konsentrasi ammonia.

2. Pengeringan dan fenomena Aglomerasi. Pengeringan adalah proses sederhana yang melibatkan fluida transisi padat yang mengarah pada pembentukan bahan padat. Namun itu adalah langkah penting untuk memproduksi nanopartikel silika bubuk. Pengeringan Supercritical, pengeringan beku, pengeringan semprot, dan pengeringan termal adalah beberapa teknik yang umum digunakan untuk memproduksi bahan-bahan padat partikel dari fase cair. Tabrakan dan perpaduan dari nanopartikel merupakan faktor utama yang mengatur tingkat aglomerasi dalam sistem bubuk nanopartikel. Juga, proses penuaan intens yang terjadi selama pengeringan sol dapat menyebabkan perilaku aglomerasi kompleks yang timbul dari reaksi polikondensasi. Rahman dan rekan kerja telah menggambarkan efek dari dehidrasi alkohol, pengeringan beku, dan teknik pengeringan oven, distribusi ukuran, dispersi, dan aglomerasi nanosilica of~7nm diproduksi oleh sol-gel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dehidrasi alkohol adalah teknik efektif untuk menghasilkan nanopartikel silika dengan peningkatan dispersi dan pengurangan tingkat aglomerasi.

3. Sifat yang bergantung ukuran silica nanopartikel. Sifat Nanomaterial biasanya tergantung ukuran. Nanomaterial sering menunjukkan sifat fisik dan kimia yang unik dibandingkan dengan bentuk masifnya. Seperti dijelaskan sebelumnya, literatur yang menjelaskan sifat tergantung ukuran nanopartikel silika tidak banyak tersedia. Beberapa sifat seperti luas permukaan yang spesifik dan sifat photoluminescence yang berhubungan dengan ukuran partikel yang hampir tidak dilaporkan. Beberapa tergantung ukuran umum sifat nanoceramics akan secara singkat dibahas meliputi :

3.1 Physiochemical properties. Jumlah atom berada pada kenaikan permukaan dengan penurunan ukuran partikel. Untuk nanopartikel silika lebih kecil dari 5nm, lebih dari setengah dari atom Si yang hadir di permukaan.. Jumlah kelompok silanol per satuan luas silika memberikan informasi mengenai distribusi kelompok silanol pada permukaan silika

3.2 Sifat Thermal dan Mekanik. Bubuk nanosize dapat dikompaksi dengan mudah, dan suhu sintering juga secara signifikan berkurang dibandingkan dengan bubuk micro konvensional. Sebagai contoh, sintering ~20nm diasapi partikel silika hingga transparansi dicapai pada 1200C dibandingkan dengan partikel 1.6m, yang membutuhkan 1600C untuk mencapai transparansi. Properti sintering unik ini dikaitkan dengan luas permukaan tinggi dari nanopartikel yang menyediakan kontak partikel lebih tinggi dari partikel konvensional. Selain itu, nanopartikel keramik juga menunjukkan penurunan kerapuhan dan meningkatkan keuletan.

3.3 Sifat optik. Nanopartikel silika telah banyak dipelajari karena beberapa fenomena optik yang menarik disebabkan oleh cacat titik dihasilkan dari cacat jaringan terus menerus SiO4 termasuk oksigen dan silikon vakansi. Banyak cacat khas untuk nanopartikel silika, sebagai contoh, permukaan E pusat (paramagnetic positively charged oxygen vacancies, SiSi, or neutral dangling Si bonds, Si), self trapped exciton (photoexcited electron- hole pairs; STE), nonbridging oxygen hole centers (NBOHC; dangling oxygen bonds, SiO), neutral oxygen decient centers (ODCs; SiSi), twofold coordinated silicon lone pair centers (SiOSiOSi) hydrogen-related species (SiH and SiOH), and interstitial O2 molecules. Cacat titik ini juga dapat dibagi menjadi dua kelompok: paramagnetik dan diamagnetik. Cacat paramagnetik memiliki penyerapan optik yang mewakili setengah tingkat energi di band gap optik. Dengan demikian, lubang transisi atau transisi elektron ke pita valensi menjadi mungkin. Diamagnetik adalah cacat memiliki pita absorpsi yang terkait dengan transisi elektron ke pita konduksi. Cacat ini dan kombinasi keduanya mampu menunjukkan keragaman penyerapan dan PL(photoluminescense band di berbagai panjang gelombang, near infrared, cahaya tampak, dan ultraviolet (UV). Oleh karena itu, penyerapan optik dan fotoluminesen (PL) menjadi tools yang berguna untuk memantau perubahan optik yang dihasilkan dari cacat struktural di massal nanopartikel dan permukaan. Secara umum, sifat optik yang unik dari nanopartikel silika, terutama di bawah 10nm, dapat lebih ditingkatkan dengan penggabungan dengan kelompok yang difungsikan atau ion logam untuk menghasilkan perangkat optik yang unik dan memberikan keuntungan tambahan yang terkait dengan prosedur fabrikasi dengan suhu yang lebih rendah.

4. Silica-Filled Polymer Nanocomposites

Salah satu aplikasi terkemuka nanopartikel silika adalah sebagai fillers atau penguat dalam material komposit. Salah satu aspek penting dari polimer-nanokomposit silika adalah kemampuan untuk mencapai dispersi filler homogen, yang menentukan kinerja keseluruhan nanocomposites. Modifikasi kimia silika (filler) permukaan dan metode pencampuran efektif adalah dua jalan utama yang dapat menyebabkan distribusi filler homogen. Di sisi lain, kinerja nanokomposit juga tergantung pada jenis matriks polimer yang digunakan.

Nanopartikel silika secara luas digunakan sebagai fillers pada silika-polymer nanocomposites. Metode yang paling umum digunakan untuk sintesis nanopartikel silika adalah metode sol-gel karena kemampuannya untuk menghasilkan monodispersed silika dengan ukuran nanopartikel yang terdistribusi. Namun, tantangan kritis dalam penyusunan nanocomposites adalah homogenitas dalam pencampuran antara filler dan komponen-komponen organik. Hal ini dapat dicapai melalui modifikasi permukaan silika dengan menggunakan silane-coupling agen. Selain penerapan-penerapan yang tercakup dalam jurnal ini, permukaan modifikasi yang membuat kemungkinan untuk konjugasi silika berstruktur nano dengan polimer atau protein untuk aplikasi masa depan dalam bioteknologi seperti pada dental, pengobatan kanker, dan obat.