Microscopia Electrónica de Transmisión en Módulo de Barrido (STEM)

Los resultados analizados sugieren la conveniencia de cambiar la geometría del reactor, por una que mejorara la transferencia de las ondas sonoras, lo que permitiría la obtención de nanopartículas de plata; ya que la dispersión de las ondas sonoras utilizadas para la obtención de los productos anteriormente estudiados, son susceptibles a los materiales y formas del reactor; disminuyendo la formación física de puntos reactivos durante la síntesis.

Figura 7.3. Micrografía a 200,000 magnificaciones con respectivo histograma de la muestra 1: 180 W, 4 h, PVP = 10 mL.

La Figura 7.4. muestra la micrografía correspondiente al producto 2, el cual se obtuvo utilizando una potencia de 180 W, 10 mL de PVP y 6 h de reacción. Comparando esta muestra con el producto1, se observa en esta muestra (producto 2) que a mayor tiempo de reacción, se incrementa la cantidad de partículas presentes de 10 y 20 nm., disminuyen las de 30 y 40 nm aumentando también la cantidad presente de las nanopartículas de 50 y 60 nm. En esta muestra el tamaño promedio de partícula fue de 25.9 nm

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Figura 7.4. Micrografía a 200,000 magnificaciones con respectivo histograma de la muestra 2: 180 W y 6 h, PVP = 10 mL

La Figura 7.5. muestra la micrografía del producto 3, obtenido utilizando una menor potencia que los productos 1 y 2, pero con igual tiempo de reacción y volumen de PVP que el producto 1. El histograma indica que a menor frecuencia se presentan contenidos de 70, 80 y 90 nm. aunque en poca cantidad, es decir surge la presencia de partículas de mayor tamaño que en los productos 1 y 2. Lo anterior indica la falta de potencia en el US para lograr romper los agregados al tiempo de reacción de 4 h. El tamaño promedio de partícula

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Figura 7.5. Micrografía a 200,000 magnificaciones con respectivo histograma de la muestra 3: 120 W y 4h, PVP = 10 mL.

En todas la micrografías de las muestras 1, 2 y 3, se observa presencia de partículas agregadas; sin embargo estos agregados disminuyen al incrementar la intensidad del US, lo que se atribuye a que, al incrementar la cavitación inducida por el ultrasonido se inhibe el crecimiento de las partículas y se rompen agregados presentes.

Los histogramas muestran que a igual tiempo de reacción, el emplear una potencia más alta de US resulta en la obtención de partículas de menor tamaño; cuando se utiliza esta misma potencia a un mayor tiempo de reacción, el tamaño de partícula disminuye aún más.

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Considerando el tamaño mayor del agregado, estos resultados muestran que el incremento en potencia proporciona un 7.25 % de disminución en el tamaño promedio de la partícula Si se incrementa en 2 h la reacción a igual potencia, el tamaño de partícula se disminuye en 15.64 %. Sin embargo, si se emplea la mayor potencia y el mayor tiempo de reacción, se logra un 21.75 % de disminución en el tamaño promedio de la partícula obtenida.

En las Figuras 7.6 – 7.9. se observan las micrografías de STEM de los productos preliminares 5, 6, 7 y 9 en los que se varió la potencia de US y el tiempo de reacción; así como una menor cantidad de PVP respecto a los productos 1, 2 y 3.

La muestra 5 con condiciones de reacción de 180 W de potencia de US, 5 mL de PVP y 4 h, se observa en la Figura 7.6., el histograma muestra que se obtiene una amplia distribución de tamaños de nanopartículas de plata, con un alto contenido de partículas de tamaños entre 40 y 50 nm. El tamaño promedio de las partículas obtenidas es de 45.8 nm.

Figura 7.6. Micrografía de la muestra 5 a 200,000 magnificaciones e histograma 180 W, 4 h, PVP = 5 mL.

En el histograma de la Figura 7.7., que en comparación con el producto 5 se sintetizó con la misma potencia y cantidad de PVP y mayor tiempo de reacción (6 h); se observa un incremento en la presencia de partículas de menor tamaño, 10 y 20 nm., con un tamaño promedio de 39.7 nm. En el mismo histograma se aprecia una menor cantidad de partículas de 30 y 40 nm. presentes, ya que la distribución de tamaños no presenta una diferencia significativa en la cantidad presente de tamaños predominantes.

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Figura 7.7. Micrografía de la muestra 6 a 200,000 magnificaciones e histogramas: 120 W, 6 h, PVP = 5 mL.

En la Figura 7.8. se presenta la micrografía del producto 7 cuya reacción fue realizada a 120 W de potencia, 4 h de reacción y 5 mL de PVP. Se observa una distribución de tamaños y contenidos muy semejante a los observados en el histograma de la Figura 7.6., aunque se puede apreciar que a una mayor potencia de reacción se incrementa la cantidad de partículas con tamaño de 60 y 70 nm. El tamaño promedio del producto 7 es de 43.2 nm.

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Figura 7.8. Micrografía de la muestra 7: 180 W, 4 h, PVP = 5 mL.

En la Figura 7.9. se presenta la micrografía de la muestra 9, condiciones de reacción: 120 W, 4 h y 20 mL de PVP. En el histograma se observa que el uso de mayor cantidad de PVP influye en la obtención de mayor cantidad de nanopartículas de menor tamaño, estos a la vez predominan en la distribución de tamaños. El tamaño promedio obtenido en este material es de 20.8 nm. Este resultado indica que con el incremento de cantidad de PVP disminuye el tamaño de partícula, aunque se presentan agregados de mayor tamaño, hasta de 3 µm.

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Figura 7.9. Micrografía de la muestra 9 a 200,000 magnificaciones e histograma. 120 W, 4 h y 20 mL PVP.

En las figuras de los productos 5 y 7 se observa una diferencia de 5.68 % menos en el tamaño promedio de partícula de la muestra 7 con respecto a la muestra 5, atribuido al uso de una menor potencia de US. Al comparar el producto 5 con el 6 en los tamaños promedios de sus partículas se observa que la muestra 6 es 13.36 % más pequeña que el producto 5, lo que se considera es debido a un mayor tiempo de reacción.

La comparación de los histogramas correspondientes al producto 7 y el producto 9 indica que la muestra 9 tiene un tamaño promedio de partícula un 51.9 % más pequeño que el del producto 7. Lo anterior se atribuye al empleo de una mayor cantidad de PVP en la reacción de las nanopartículas. En la Tabla 7.1 se muestran los tamaños promedios de las partículas

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Tabla 7.1 Tamaños promedios de las partículas de plata.

Muestra Tamaño Promedio (nm)

1 30.7

2 25.9

3 33.1

5 45.8

6 39.8

7 43.2

9 20.8

Al realizar un análisis comparativo entre los diferentes productos preparados, se observa que al disminuir la cantidad de PVP se presenta un incremento de tamaño; lo que indica que la cantidad de PVP agregada en la reacción tiene un efecto similar que el cambio en potencia de US: a mayor cantidad de PVP menor el tamaño de partícula.

Esto se debe a que el PVP al generar el complejo durante el mecanismo cubre/protege las partículas controlando su crecimiento^[138,139]. Se encuentra reportado que el exceso en el uso de PVP origina agregados, atribuidos a las fuerzas de Van del Waals existentes entre partícula y partícula^[78], Figura 7.10.

Figura 7.10. Gráfica de la disminución del tamaño de partícula e incremento del tamaño del agregado, con respecto al incremento del PVP.

El efecto de las diferentes condiciones de reacción en el tamaño de la nanopartícula, se observa en las diferentes micrografías analizadas. Los histogramas indican que al incrementar el tiempo de exposición del producto al US disminuye considerablemente el tamaño de las partículas. Este fenómeno, como ya se ha explicado, es atribuido a las implosiones causadas por el fenómeno de cavitación originado por el uso de US, el cual genera fuerzas de choque entre líquido y los agregados de partículas, fracturándolas y reduciendo por ello su tamaño final.

De la caracterización de los productos preliminares se puede concluir que el incremento en el tiempo de sonificación, durante la reacción, trae como consecuencia una disminución en el tamaño de partículas, principalmente atribuido a un mayor tiempo de acción de las ondas sonoras, las cuales fomentan el fenómeno de cavitación, siendo consecuencia la disminución del tamaño de partícula. De igual manera el aumento en la potencia del US a un tiempo determinado, genera la disminución del tamaño de los agregados de las nanopartículas y una notable disminución en el tamaño promedio. Lo anterior es atribuido a la mayor intensidad con la que actúan las ondas de US para romper los agregados de nanopartículas. Por último, el incremento en el contenido de PVP induce la disminución en el tamaño de partículas, consecuencia de un mayor recubrimiento de las partículas por el agente protector que inhibe la aglomeración y permite la formación de partículas más pequeñas.