أنابيب نيتريد البورون النانوية – مقشر ومشتت باستخدام Sonication
يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية بنجاح لمعالجة وتشتت الأنابيب النانوية نيتريد البورون (BNNTs). يوفر صوتنة عالية الكثافة فك التشابك والتوزيع متجانسة في حلول مختلفة ، وبالتالي فهي تقنية معالجة حاسمة لدمج BNNTs في الحلول والمصفوفات.
المعالجة بالموجات فوق الصوتية للأنابيب النانوية نيتريد البورون
من أجل دمج الأنابيب النانوية نيتريد البورون (BNNTs) أو الهياكل النانوية لنيتريد البورون (BNNs) مثل الصفائح النانوية والأشرطة النانوية في المحاليل السائلة أو المصفوفات البوليمرية ، يلزم وجود تقنية تشتت فعالة وموثوقة. يوفر التشتت بالموجات فوق الصوتية الطاقة المطلوبة لتقشير وفك تشابك وتفريق وتشغيل الأنابيب النانوية نيتريد البورون والهياكل النانوية نيتريد البورون بكفاءة عالية. تسمح معلمات المعالجة التي يمكن التحكم فيها بدقة للموجات فوق الصوتية عالية الكثافة (أي الطاقة والسعة والوقت ودرجة الحرارة والضغط) بضبط ظروف المعالجة بشكل فردي على هدف العملية المستهدف. وهذا يعني أنه يمكن تعديل شدة الموجات فوق الصوتية فيما يتعلق بالتركيبة المحددة (جودة BNNTs ، المذيبات ، تركيز السائل الصلب ، إلخ) ، وبالتالي الحصول على أفضل النتائج.
مسار بالموجات فوق الصوتية لتوليف نانو نيتريد البورون
تغطي تطبيقات معالجة BNNT و BNN بالموجات فوق الصوتية النطاق الكامل من التشتت المتجانس للهياكل النانوية ثنائية الأبعاد من نيتريد البورون (2D-BNNs) ، إلى وظائفها وتقشيرها الكيميائي لنيتريد البورون السداسي أحادي الطبقة. أدناه ، نقدم تفاصيل حول التشتت بالموجات فوق الصوتية والتقشير وتشغيل BNNTs و BNNs.
تركيب مشتتات بالموجات فوق الصوتية (2x UIP1000hdT) لمعالجة الأنابيب النانوية نيتريد البورون على نطاق صناعي
التشتت بالموجات فوق الصوتية للأنابيب النانوية نيتريد البورون
عند استخدام الأنابيب النانوية نيتريد البورون (BNNTs) لتعزيز البوليمرات أو لتجميع مواد جديدة ، يلزم تشتت موحد وموثوق في المصفوفة. تستخدم المشتتات بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لتفريق المواد النانوية مثل الأنابيب النانوية الكربونية والجسيمات النانوية المعدنية وجزيئات القشرة الأساسية وأنواع أخرى من جزيئات النانو في مرحلة ثانية.
تم تطبيق التشتت بالموجات فوق الصوتية بنجاح لفك تشابك وتوزيع BNNTs بشكل موحد في المحاليل المائية وغير المائية بما في ذلك الإيثانول والإيثانول PVP والإيثانول TX100 بالإضافة إلى البوليمرات المختلفة (مثل البولي يوريثين).
الفاعل بالسطح الشائع الاستخدام لتثبيت تشتت BNNT المحضر بالموجات فوق الصوتية هو محلول كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS) بالوزن 1٪. على سبيل المثال ، يتم تشتيت 5 ملغ BNNTs بالموجات فوق الصوتية في قنينة مع 5 مل من 1٪ بالوزن. حل SDS باستخدام مشتت من نوع المسبار بالموجات فوق الصوتية مثل UP200St (26 كيلو هرتز، 200 وات).
التشتت المائي ل BNNTs باستخدام الموجات فوق الصوتية
نظرا لتفاعلات فان دير فال القوية وسطحها الكارهة للماء ، فإن الأنابيب النانوية نيتريد البورون قابلة للتشتت بشكل سيئ في المحاليل القائمة على الماء. لحل هذه المشاكل ، استخدم Jeon et al. (2019) Pluronic P85 و F127 ، والتي تحتوي على مجموعات محبة للماء ومجموعات كارهة للماء لتشغيل BNNT تحت صوتنة.
صور SEM ل BNNTs المختصرة بعد فترات صوتنة مختلفة. كما هو موضح ، تنخفض أطوال BNNTs هذه مع زيادة مدة الصوتنة التراكمية.
تقشير خال من الفاعل بالسطح لصفائح نيتريد البورون النانوية باستخدام Sonication
لين وآخرون (2011) يقدم طريقة نظيفة لتقشير وتشتت نيتريد البورون السداسي (h-BN). يعتبر نيتريد البورون السداسي تقليديا غير قابل للذوبان في الماء. ومع ذلك ، فقد تمكنوا من إثبات أن الماء فعال في تقشير هياكل h-BN ذات الطبقات باستخدام الموجات فوق الصوتية ، وتشكيل “نظيف” التشتت المائي للصفائح النانوية h-BN دون استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي أو الوظائف العضوية. أنتجت عملية التقشير بالموجات فوق الصوتية هذه صفائح نانوية h-BN قليلة الطبقات بالإضافة إلى أنواع النانو أحادية الطبقة والأشرطة النانوية. كانت معظم الصفائح النانوية ذات أحجام جانبية مخفضة ، والتي تعزى إلى قطع صفائح h-BN الأم الناجمة عن التحلل المائي بمساعدة الصوتنة (التي تؤكدها اختبار الأمونيا ونتائج التحليل الطيفي). كما عزز التحلل المائي المستحث بالموجات فوق الصوتية تقشير صفائح النانو h-BN للمساعدة في التأثير القطبي للمذيب. صفائح النانو h-BN في هذه “نظيف” أظهرت التشتتات المائية قابلية معالجة جيدة عبر طرق المحلول التي تحتفظ بخصائصها الفيزيائية. أظهرت صفائح h-BN النانوية المشتتة في الماء أيضا تقاربا قويا تجاه البروتينات مثل الفيريتين ، مما يشير إلى أن أسطح الصفائح النانوية كانت متاحة لمزيد من الاقترانات الحيوية.
تقليل الحجم بالموجات فوق الصوتية وقطع الأنابيب النانوية نيتريد البورون
The length of boron nitride nanotubes plays a crucial role when it comes to the subsequent processing of BNNTs into polymers and other functionalized materials. Therefore it is an important fact that sonication of the BNNTs in solvent could not only separate BNNTs individually, but also shorten the bamboo structured BNNTs under controlled conditions. The shortened BNNTs have a much lower chance of bundling during composite preparation.Lee at al. (2012) demonstrated that the lengths of functionalized BNNTs can be efficiently shortened from >10µm to ∼500nm by ultrasonication. Their experiments suggest that effective ultrasonic dispersion of BNNT in solution is necessary for such cutting of BNNT size reduction and cutting.
(ج) mPEG- DSPE? BNNTs جيدة التشويش في الماء (بعد 2 ساعة من الصوتنة). (د) ممثل تخطيطي ل BNNT يعمل بواسطة جزيء mPEG-DSPE
الخالط بالموجات فوق الصوتية UP400St لتشتت الأنابيب النانوية نيتريد البورون (BNNTs)
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمعالجة BNNT
تم تصميم الميزات الذكية للموجات فوق الصوتية Hielscher لضمان عملية موثوقة، والنتائج القابلة للتكرار وسهولة الاستخدام. يمكن الوصول إلى إعدادات التشغيل والاتصال بها بسهولة عبر قائمة بديهية ، والتي يمكن الوصول إليها عبر شاشة رقمية ملونة تعمل باللمس وجهاز تحكم عن بعد في المتصفح. لذلك ، يتم تسجيل جميع ظروف المعالجة مثل الطاقة الصافية والطاقة الإجمالية والسعة والوقت والضغط ودرجة الحرارة تلقائيا على بطاقة SD مدمجة. يتيح لك ذلك مراجعة ومقارنة عمليات تشغيل الصوتنة السابقة وتحسين عملية التقشير والتشتت للأنابيب النانوية من نيتريد البورون والمواد النانوية إلى أعلى كفاءة.
وتستخدم أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher في جميع أنحاء العالم لتصنيع BNNTs عالية الجودة. Hielscher الموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن بسهولة تشغيل السعات العالية في التشغيل المستمر (24/7/365). يمكن بسهولة توليد سعات تصل إلى 200 ميكرومتر بشكل مستمر باستخدام sonotrodes القياسية (مجسات? قرون بالموجات فوق الصوتية). للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. نظرا لقوتها وصيانتها المنخفضة ، يتم تثبيت أنظمة التقشير والتشتت بالموجات فوق الصوتية بشكل شائع للتطبيقات الشاقة وفي البيئات الصعبة.
Hielscher Ultrasonics’ يمكن للمعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة.
يتم بالفعل تثبيت معالجات الموجات فوق الصوتية Hielscher لتشتت وتقشير الأنابيب النانوية نيتريد البورون وكذلك CNTs والجرافين في جميع أنحاء العالم على نطاق تجاري. اتصل بنا الآن لمناقشة عملية تصنيع BNNT الخاصة بك! سيسعد موظفونا ذوو الخبرة الجيدة بمشاركة المزيد من المعلومات حول عملية التقشير وأنظمة الموجات فوق الصوتية والتسعير!
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل? دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل? دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر? دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر? دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر? دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا!? اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب? المراجع
- Sang-Woo Jeon, Shin-Hyun Kang, Jung Chul Choi, Tae-Hwan Kim (2019): Dispersion of Boron Nitride Nanotubes by Pluronic Triblock Copolymer in Aqueous Solution. Polymers 11, 2019.
- Chee Huei Lee, Dongyan Zhang, Yoke Khin Yap (2012): Functionalization, Dispersion, and Cutting of Boron Nitride Nanotubes in Water. Journal of Physical Chemistry C 116, 2012. 1798–1804.
- Lin, Yi; Williams, Tiffany; Xu, Tian-Bing; Cao, Wei; Elsayed-Ali, Hani; Connell, John (2011): Aqueous Dispersions of Few-Layered and Monolayered Hexagonal Boron Nitride Nanosheets from Sonication-Assisted Hydrolysis: Critical Role of Water. The Journal of Physical Chemistry C 2011.
- Yuanlie Yu, Hua Chen, Yun Liu, Tim White, Ying Chen (2012): Preparation and potential application of boron nitride nanocups. Materials Letters, Vol. 80, 2012. 148-151.
- Luhua Li, Ying Chen, Zbigniew H. Stachurski (2013): Boron nitride nanotube reinforced polyurethane composites. Progress in Natural Science: Materials International Vol. 23, Issue 2, 2013. 70-173.
- Yanhu Zhan, Emanuele Lago, Chiara Santillo, Antonio Esaú Del Río Castillo, Shuai Hao, Giovanna G. Buonocore, Zhenming Chen, Hesheng Xia, Marino Lavorgna, Francesco Bonaccorso (2020): An anisotropic layer-by-layer carbon nanotube/boron nitride/rubber composite and its application in electromagnetic shielding. Nanoscale 12, 2020. 7782-7791.
- Kalay, Şaban; Çobandede, Zehra; Sen, Ozlem; Emanet, Melis; Kazanc, Emine; Culha, Mustafa (2015): Synthesis of boron nitride nanotubes and their applications. Beilstein Journal of Nanotechnology Vol 6, 2015. 84-102.
حقائق تستحق المعرفة
أنابيب نيتريد البورون النانوية والمواد النانوية
توفر الأنابيب النانوية لنيتريد البورون بنية ذرية فريدة مجمعة من ذرات البورون والنيتروجين مرتبة في شبكة سداسية. يمنح هذا الهيكل BNNT العديد من الخصائص الجوهرية الممتازة مثل القوة الميكانيكية الفائقة ، والتوصيل الحراري العالي ، وسلوك العزل الكهربائي ، وخاصية كهرضغطية ، وقدرة التدريع النيوتروني ، ومقاومة الأكسدة. يمكن أيضا ضبط فجوة النطاق 5 فولت باستخدام المجالات الكهربائية المستعرضة ، مما يجعل BNNTs مثيرة للاهتمام للأجهزة الإلكترونية. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع BNNTs بمقاومة عالية للأكسدة تصل إلى 800 درجة مئوية ، وتظهر كهرباء كهرضغطية ممتازة ، ويمكن أن تكون مادة تخزين هيدروجين جيدة في درجة حرارة الغرفة.
BNNTs مقابل الجرافين: BNNTs هي النظائر الهيكلية للجرافين. الفرق الرئيسي بين المواد النانوية القائمة على نيتريد البورون ونظيراتها القائمة على الكربون هو طبيعة الروابط بين الذرات. الرابطة C-C في المواد النانوية الكربونية لها طابع تساهمي نقي ، في حين أن روابط B-N تقدم طابعا أيونيا جزئيا بسبب أزواج e− في sp2 المهجن B-N. (راجع Emanet et al. 2019)
BNNTs مقابل الأنابيب النانوية الكربونية: تظهر الأنابيب النانوية لنيتريد البورون (BNNTs) بنية نانوية أنبوبية مماثلة للأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) حيث يتم ترتيب ذرات البورون والنيتروجين في شبكة سداسية.
Xenes: Xenes هي 2D ، مواد نانوية أحادية العنصر. ومن الأمثلة البارزة على ذلك البوروفين والجالينين والسيليسين والجرمانين والستانين والفوسفورين والزرنيخين والأنتيمونين والبزموثين والتيلورين والسيلينين. Xenes لها خصائص مادية غير عادية ، والتي لديها بالتالي القدرة على اختراق القيود المتعلقة بالتطبيقات العملية لمواد 2D الأخرى. معرفة المزيد عن تقشير بالموجات فوق الصوتية من xenes!
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.