Opal-Fragen.....

[BJ68]

Bin vor längerer Zeit auf folgendes PDF gestoßen: https://www.junge-wissenschaft.ptb.de/f ... 010-01.pdf und hab nun mal ein wenig recherchiert, welche Möglichkeiten da es noch so gibt....

Wie im obigen PDF schon angedeutet wird, ist die Herstellung von gleichförmigen kugelförmigen Siliciumdioxidpartikel relativ einfach vgl. z.B. https://www.mdpi.com/1422-0067/24/18/13 ... s-24-13693

Die Schwierigkeit ergibt sich bei dem Versuch die Partikel geordnet sedimentieren zu lassen. Laut Photonic crystals based on opals and inverse opals: synthesis and structural features zeigen Beads mit einer Durchschnittsgröße von bis zu 300 nm keine Tendenz zu sedimentieren und Beads die Größer als 550 nm sedimentieren zu schnell, um eine geordnete Struktur zu bilden.

Für Ersteres kann die Sedimentationsflüssigkeit z.B. gegen Methanol ausgetauscht werden vgl. Examining quality of material for the synthesis of photonic crystals by the method of sedimentation analysis

Beim zweiten Fall wäre meine Überlegung zu dem Ansatz Glycerin hinzuzufügen vgl. Glycerol Dichtetabelle was die Dichte erhöht und wahrscheinlich auch die Viskosität und damit die Sedimentationsgeschwindigkeit.

Sind in der Hinsicht meine Überlegungen richtig?

bj68

[schlemmiloom]

Interessantes Thema, hatte auch mal überlegt so etwas Ähnliches zu machen.

In der Größenordnung wie in diesem „Jugend forscht“ Artikel ist es tatsächlich relativ leicht monodisperse Silica Partikel mit relativ kleiner Größenabweichung herzustellen.
Je kleiner es wird umso schwieriger wird es sie schön monodispers zu erhalten, wenn ich mich recht erinnere.
Ich hatte mal 30 oder 40 nm Silica Partikel plusminus ein paar Zerquetschte hergestellt. Weiß gerade nicht mehr genau wie groß die Abweichung war. Das war nicht auf Anhieb eine Punktlandung, geht an sich aber auch relativ gut.
Ein paar Biologen wollten die Partikel haben, um zu untersuchen wie Proteasome darauf reagieren.

Damals habe ich nebenbei einfach mal so zu sagen als Freizeitprojekt etwas herumprobiert und dabei sind selbst im Sediment beim Zentrifugieren ab und an Opaleszenz Effekte aufgetreten.

Was du über die Sedimentationsflüssigkeit schreibst macht für mich auf den ersten Blick Sinn.
Ich glaube ich habe mit Methanol oder Ethanol gewaschen. Was das Glycerin betrifft könnte ich mir vorstellen, dass du das am Ende nicht so leicht wieder los wirst.
Wie hast du denn genau vor zu trocken bzw. zu verfestigen? Könnte mir vorstellen, dass spätestens dann das Glycerin vielleicht stören könnte.
Soll dabei wieder dein Aerogel- Autoklav eine Rolle spielen?

[BJ68]

Kleines Update....

Habe in den letzten Tagen etwas geköchelt nach dem Paper Preparation of monodisperse silica particles with controllable size and shape und wie in dem Paper beschrieben, die Beads durch Zentrifugation aufgereinigt, wobei ich als Größe 320 nm angepeilt habe.
Bei abzentrifugieren (ca. 500 g 30 min (geht auch weniger)) ergaben sich dann folgende Bilder vom Pellet die in Natura noch etwas besser aussehen:

20251118_114406.jpg (5.86 KiB) 772 mal betrachtet

20251118_114449.jpg (9.97 KiB) 772 mal betrachtet

D.h. selbst bei der Zentrifugation habe ich da so eine dichte Packung erhalten, dass es da zu dem Farbenspiel kommt....schaut dann schon mal recht gut aus....


Verfestigen bin ich noch am Tüfteln und Recherchieren.....dito für die Aufreinigung, wo ich auch einige Ideen habe.....mal sehen was da draus wird.....

bj68

[andrewtretiakov]

This looks very impressive! Thanks for sharing.

I've always wanted to try making some.

Have you tried or know of this method:
https://education.mrsec.wisc.edu/synthe ... -crystals/

Hope it helps,
Andres

[BJ68]

Update:

1. Synthesen:

a) Produkt D aus Preparation of monodisperse silica particles with controllable size and shape siehe:

Size.jpg (40.96 KiB) 665 mal betrachtet

Dazu wurden 184 ml 100% EtOH mit 40 ml 25% NH₃-Lösung vermischt und der Ansatz bei RT stark gerührt und dazu eine zuvor vorbereitete Lösung von 4 ml TEOS in 16 ml 100% EtOH möglichst schnell gegeben. Nach sehr kurzer Zeit trübte sich der Ansatz ein und wurde danach mindestens 2 h weitergerührt, um die Reaktion zu vervollständigen.


b) Methode B40 (344 nm) aus Synthetic Opals or Versatile Nanotools—A One-Step Synthesis of Uniform Spherical Silica Particles

In einen Erlenmeyerkolben mit Schliff wurden 249 ml 100% EtOH, 24 ml 25% NH₃-Lösung und 9 ml H₂O geben und der Kolben im Wasserbad auf 40°C erwärmt. Wenn das Wasserbad und damit der Inhalt des Kolbens 40°C erreicht hat wurden schnell 18 ml TEOS zu der gerührten Lösung geben und ein Rückflusskühler aufgesetzt und nach beginnender Trübung die Reaktion für 2 h fortgeführt.


c) Sample #3 aus Sodium hydroxide catalyzed monodispersed high surface area silica nanoparticles siehe:

Screenshot 2025-11-26 080113.png (45.89 KiB) 665 mal betrachtet

Es wurden 50 ml 1 M NaOH ( 2 g NaOH @ 50 ml mit H₂O) als Stock-Lösung hergestellt. Zur Synthese wurden 150 ml 100% EtOH mit 150 ml H₂O in einen Erlenmeyerkolben gegeben und 4.2 ml 1 M NaOH-Lösung ( = 14 mM) zugegeben und die Mischung bei 600 rpm gerührt. Dazu wurden nun 6 ml TEOS (5.62 g (Dichte: 0.933 g/mL) = 90 mM) möglichst schnell hinzugegeben und die Reaktion 20 min lang gerührt. Die Lösung trübte sich ein.....


Bj68

[BJ68]

2. Aufreinigungsversuche

2.1. Filterversuch mit einem Filtropur V25 0.22 µm Sterilfilter (83.3940.501)

Keine so gute Idee, da die Beads den Filter verstopfen und das Absaugen des Mediums sehr lange dauert....am Anfang geht es, aber mit der Zeit wird der Durchfluss immer weniger.

2.2. Zentrifugation:

Die Versuche wurden auf einer Sorvall RT6000 mit einem H-1000B Rotor in 50 ml "Falcons" gemacht, wobei ca. 1500 bis 2100 rpm eingestellt wurden und die Falcons solange zentrifugiert wurden, bis der Überstand klar war. Laut dem Rotormanual entsprechen 1500 bis 2100 rpm einer RCF von 469 bis 834 g vgl.

Es zeigte sich, dass bei diesem Ansatz das Problem in der Resuspension des Pellets liegt, wobei kleine Pellets viel einfacher in Suspension zu bringen sind als große Pellets u.a. war das auch ein Grund, warum ich bei der RCF nicht höher gegangen bin, da meine Vermutung ist, dass die Pellets dann noch um einiges fester werden. Um dies zu bewerkstelligen wurden die Falcons in ein Telsonic Ultrasonics TPC-25 Ultraschallbad gestellt und mit Ultraschall behandelt, wobei sich die Frage stellt, ob das ausreicht um wieder monodisperse Beads zu erhalten. Zusätzlich sind einige Waschschritte erforderlich um den Ammoniak zu entfernen, was die Aufbereitung sehr langwierig macht.

2.3. Rotationsverdampfer

Eine weitere Idee war, die Suspension in einem Rotationsverdampfer einzuengen und einen Teil des EtOH mit dem NH₃ da einfach unter verminderten Druck abzuziehen und durch Zugabe von Millipore-H₂O zugleich auch das EtOH zum Teil gegen H₂O zu ersetzen. Da immer eine Suspension vorliegt, sollte es auch keine Aggregation der Beads geben und durch das Erhitzen und den Unterdruck (-700 mbar) sollte dann auch eventuelles adsorbiertes NH₃ an den Beads entfernt werden.
Dazu wurde ein kompletter Ansatz nach der Methode B40 (Buchstabe b)) in einen Verdampferkolben gegeben und ca. die Hälfte des EtOHs abrotiert. Danach wurden 100 ml Millipore-H₂O zugeben und das Volumen nochmals um die Hälfte verringert. Zurück blieb eine Suspension, die nicht mehr nach NH₃ roch.

Versuchsweise wurde die Suspension in einem 50 ml Falcon zentrifugiert, dabei zeigte sich dass der Überstand leicht gelblich gefärbt war, was dann durch einen Wasserwaschschritt entfernt wurde. Interessanterweise ließ sich das Pellet dann auch um einiges leichter wieder resuspendieren, als bei der direkten Zentrifugation.


bj68

[BJ68]

Update:

a) Synthese #4:
249 ml EtOH + 9 ml H₂O + 24 ml NH₃-Lösung vorlegen und auf 50°C erwärmen. 18 ml TEOS zufügen und 2 bei diesmal 900 rpm rühren, was Beads mit ca. 250 nm ergeben sollte.

Aufreinigungsversuch:
Ein Teil der ammoniakalischen Synthese Lösung wurde in einen Dialyseschlauch* aus regenerierter Zellulose mit 3500 MWCO und 55 mm Durchmesser gegeben und in einem 5 L Becherglas gegen Leitungswasser dialysiert. Nach kurzer Zeit, war das Leitungswasser alkalisch und roch auch nach Ammoniak.

*= https://www.amazon.de/dp/B0BT4PJC1S?ref ... title&th=1

Laut https://www.nestgrp.com/protocols/AmiKa/mem_cc.shtml ist regenerierte Zellulose auch gegen NH₃-Lösung beständig....

Hier der Schlauch im zweiten Wasserbad:

Dialyse.jpg (42.56 KiB) 547 mal betrachtet

Es zeigte sich, dass der Schlauch nicht überfüllt werden sollte, weil eine gehörige Volumenzunahme stattfindet, so dass ich einen Teil der Lösung entfernen musste. Ferner trübte sich das erste Dialyse-Wasser ein d.h. es wurden Silica Nanio-Beads freigesetzt, was eigentlich nicht der Fall sein sollte.

Hier die freigesetzten Beads, wobei die Filterscheibe über Nacht als Beschwerung diente:

Reste.jpg (76.34 KiB) 547 mal betrachtet

Habe die trübe Lösung durch einen 0.22 µm PES-Saugfilternutsche filtriert und die Lösung war wieder klar und in der Filternutsche hat sich auch eine Schicht Beads abgeschieden.

Interessantes Detail:
Die Beads lagern sich im Innern des Dialyseschlauchs zum Teil als Schicht ab, wie hier auf dem Bild zu sehen ist:

Frage: Hat jemand eine Idee/Vermutung warum da Beads anscheinend durch den Dialyseschlauch wandern, was eigentlich nicht passieren sollte?

Werde nochmals einen Test machen und dabei versuchen, dass ich ausschließe, dass durch die Verschlüsse Beads entweichen.....

bj68