توليف البوروفين بالموجات فوق الصوتية على نطاق صناعي
يمكن تصنيع البوروفين ، وهو مشتق نانوي ثنائي الأبعاد من البورون ، بكفاءة عن طريق تقشير بالموجات فوق الصوتية سهل ومنخفض التكلفة. يمكن استخدام تقشير الطور السائل بالموجات فوق الصوتية لإنتاج كميات كبيرة من صفائح البوروفين النانوية عالية الجودة. تستخدم تقنية التقشير بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لإنتاج مواد نانوية 2D (مثل الجرافين) وهي معروفة جيدا بمزاياها المتمثلة في الألواح النانوية عالية الجودة ، والعوائد العالية ، والتشغيل السريع والسهل ، فضلا عن الكفاءة الكلية.
طريقة التقشير بالموجات فوق الصوتية لإعداد البوروفين
يستخدم تقشير الطور السائل المدفوع بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لإعداد صفائح نانوية 2D من سلائف سائبة مختلفة بما في ذلك الجرافيت (الجرافين) والبورون (البوروفين) وغيرها. بالمقارنة مع تقنية التقشير الكيميائي ، يعتبر تقشير المرحلة السائلة بمساعدة الموجات فوق الصوتية بمثابة الإستراتيجية الواعدة لإعداد الهياكل النانوية 0D و 2D مثل نقاط البورون الكمومية (BQDs) والبوروفين. (راجع وانغ وآخرون ، 2021)
يظهر المخطط الأيسر عملية تقشير السائل بدرجة حرارة منخفضة بالموجات فوق الصوتية لألواح البوروفين قليلة الطبقات 2D. (دراسة وصورة: ©لين وآخرون ، 2021.)
مفاعل سونوكيميائي مجهز ب 2000 واط معالج بالموجات فوق الصوتية الصناعية UIP2000hdT لتقشير البوروفين على نطاق واسع.
دراسات حالة لتقشير البوروفين بالموجات فوق الصوتية
تمت دراسة التقشير والتفريغ باستخدام الموجات فوق الصوتية في عملية المرحلة السائلة على نطاق واسع وتطبيقها بنجاح على البوروفين ومشتقات البورون الأخرى مثل نقاط البورون الكمومية أو نيتريد البورون أو ثنائي بوريد المغنيسيوم.
α بوروفين
في الدراسة التي أجراها Göktuna and Taşaltın (2021) ، تم تحضير α البوروفين عن طريق تقشير بالموجات فوق الصوتية سهل ومنخفض التكلفة. تظهر صفائح البوروفين النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية بنية بلورية α من البوروفين.
البروتوكول: تم صوتنة 100 ملغ من جسيمات البورون الدقيقة في 100 مل DMF عند 200 واط (على سبيل المثال ، باستخدام UP200St مع S26d14) لمدة 4 ساعات في النيتروجين (N2) كابينة التحكم في التدفق لمنع الأكسدة أثناء عملية تقشير المرحلة السائلة بالموجات فوق الصوتية. تم طرد محلول جزيئات البورون المقشرة بالطرد المركزي مع 5000 دورة في الدقيقة و 12000 دورة في الدقيقة لمدة 15 دقيقة على التوالي ، ثم تم جمع البوروفين بعناية وتجفيفه في فراغ محيطي لمدة 4 ساعات عند 50 درجة مئوية. (راجع Göktuna and Taşaltın ، 2021)
رسم تخطيطي للبوروفين مع طبقات قليلة مقشرة بواسطة عملية المعالجة الحرارية بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
الدراسة والصورة: ©تشانغ وآخرون ، 2020
بوروفين قليل الطبقات
أبلغ Zhang et al. (2020) عن تقنية تقشير الطور السائل بمحلول الأسيتون ، والتي تسمح بإنتاج بوروفين عالي الجودة بحجم أفقي كبير. باستخدام تأثير تورم الأسيتون ، تم ترطيب سلائف مسحوق البورون لأول مرة في الأسيتون. بعد ذلك ، تمت معالجة سلائف البورون المبللة بشكل أكبر في الأسيتون عند 200 درجة مئوية ، تليها صوتنة مع صوتنة من نوع المسبار عند 225 واط لمدة 4 ساعات. تم الحصول أخيرا على البوروفين مع بضع طبقات من البورون وحجم أفقي يصل إلى 5.05 ملم. يمكن استخدام تقنية تقشير الطور السائل بمساعدة الأسيتون لتحضير صفائح البورون النانوية بأحجام أفقية كبيرة وذات جودة عالية. (راجع تشانغ وآخرون ، 2020)
عندما تتم مقارنة نمط XRD من البوروفين المقشر بالموجات فوق الصوتية مع سلائف البورون السائبة ، يمكن ملاحظة نمط XRD مماثل. يمكن فهرسة معظم قمم الحيود الرئيسية إلى البورون المعين ب ، مما يشير إلى أن البنية البلورية محفوظة تقريبا قبل وبعد علاج التقشير.
صور SEM ذات دقة منخفضة (أ) ودقة عالية (ب) من البوروفين مع طبقات قليلة تم الحصول عليها عن طريق التقشير الحراري بمساعدة الموجات فوق الصوتية في الأسيتون
الدراسة والصورة: ©تشانغ وآخرون ، 2020
أنماط XRD (أ) وأطياف رامان (ب) من البورون السائب غير المعالج والبوروفين مع طبقات قليلة تم الحصول عليها عن طريق التقشير الحراري بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
الدراسة والصورة: ©تشانغ وآخرون ، 2020
التخليق الكيميائي للنقاط الكمومية البورون
نجح Hao et al. (2020) في تحضير النقاط الكمومية لأشباه الموصلات البلورية واسعة النطاق وموحدة (BQDs) من مسحوق البورون الموسع في الأسيتونيتريل ، وهو مذيب عضوي شديد القطبية ، باستخدام جهاز الموجات فوق الصوتية القوي من نوع المسبار (على سبيل المثال ، UP400St, UIP500hdT أو UIP1000hdT). النقاط الكمومية البورون المركبة بحجم جانبي 2.46 ±0.4 نانومتر وسمك 2.81 ±0.5 نانومتر.
البروتوكول: في إعداد نموذجي للنقاط الكمومية البورون ، تمت إضافة 30 ملغ من مسحوق البورون أولا إلى قارورة ثلاثية العنق ثم تمت إضافة 15 مل من الأسيتونيتريل إلى الزجاجة قبل عملية الموجات فوق الصوتية. تم إجراء التقشير عند طاقة خرج تبلغ 400 واط (على سبيل المثال ، باستخدام UIP500hdT) ، تردد 20 كيلو هرتز ووقت الموجات فوق الصوتية 60 دقيقة. لتجنب ارتفاع درجة حرارة المحلول أثناء الموجات فوق الصوتية ، تم تطبيق التبريد باستخدام حمام جليدي أو مبرد مختبر لدرجة حرارة ثابتة. تم طرد المحلول الناتج عند 1500 دورة في الدقيقة لمدة 60 دقيقة. تم استخراج النقاط الكمومية المحتوية على البورون برفق. أجريت جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة. (راجع هاو وآخرون ، 2020)
في دراسة Wang et al. (2021) ، قام الباحث بإعداد نقاط البورون الكمومية باستخدام تقنية تقشير الطور السائل بالموجات فوق الصوتية أيضا. لقد حصلوا على نقطة كمومية من البورون أحادي التشتت مع توزيع ضيق الحجم ، وتشتت ممتاز ، واستقرار عالي في محلول IPA ، ومضان صورتين.
صور TEM وتوزيع القطر المقابل ل BQDs المحضرة تحت ظروف الموجات فوق الصوتية المختلفة. (أ) صورة TEM ل BQDs-2 مركبة عند 400 واط لمدة ساعتين. (ب) صورة TEM ل BQDs-3 مركبة عند 550 واط لمدة 1 ساعة. (ج) صورة TEM ل BQDs-3 مركبة عند 400 واط لمدة 4 ساعات. (د) توزيع قطر النقاط الكمومية المكتسبة من (أ). (ه) توزيع قطر النقاط الكمومية المكتسبة من (ب). (و) توزيع قطر النقاط الكمومية المكتسبة من (ج).
الدراسة والصورة: ©Hao et al. ، 2020
تقشير بالموجات فوق الصوتية من صفائح المغنيسيوم ديبوريد نانوية
تم تنفيذ عملية التقشير عن طريق تعليق 450 ملغ من ديبوريد المغنيسيوم
(مغب2) مسحوق (حوالي 100 حجم شبكة / 149 ميكرون) في 150 مل من الماء وتعريضه للموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة. يمكن إجراء التقشير بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار مثل UP200Ht أو UP400St بسعة 30٪ ووضع الدورة 10 ثوان نبضات تشغيل / إيقاف. ينتج عن التقشير بالموجات فوق الصوتية تعليق أسود غامق. يمكن أن يعزى اللون الأسود إلى لون مسحوق MgB2 البكر.
تسلسل عالي السرعة (من a إلى f) من الإطارات يوضح التقشير الميكانيكي للسونو لرقائق الجرافيت في الماء باستخدام UP200S ، الموجات فوق الصوتية 200W مع سونوترودي 3 ملم. تظهر الأسهم مكان الانقسام (التقشير) مع فقاعات التجويف التي تخترق الانقسام.
© تيورنينا وآخرون 2020
الموجات فوق الصوتية قوية لتقشير البوروفين على أي نطاق
Hielscher الموجات فوق الصوتية تصميمات، وتصنيع، وتوزع الموجات فوق الصوتية قوية وموثوق بها في أي حجم. من أجهزة الموجات فوق الصوتية مختبر المدمجة إلى تحقيقات الموجات فوق الصوتية الصناعية والمفاعلات، Hielscher لديه نظام الموجات فوق الصوتية المثالي لعملية الخاص بك. مع خبرة طويلة في تطبيقات مثل تخليق المواد النانوية وتشتتها ، سيوصيك موظفونا المدربون جيدا بالإعداد الأنسب لمتطلبات ypour . ومن المعروف Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية كخيول عمل موثوقة في المنشآت الصناعية. قادرة على تقديم سعات عالية جدا، الموجات فوق الصوتية Hielscher مثالية للتطبيقات عالية الأداء مثل تقشير البوروفين أو الجرافين وكذلك تشتت المواد النانوية. 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.
تم تصميم جميع المعدات وتصنيعها في مقرنا الرئيسي في ألمانيا. قبل التسليم إلى العميل ، يتم اختبار كل جهاز بالموجات فوق الصوتية بعناية تحت الحمل الكامل. نحن نسعى جاهدين لتحقيق رضا العملاء ويتم تنظيم إنتاجنا لتحقيق أعلى معايير ضمان الجودة (على سبيل المثال ، شهادة ISO).
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- موثوقيه & متانه
- الدفعه & مضمنه
- لأي وحدة تخزين
- برنامج ذكي
- الميزات الذكية (مثل بروتوكول البيانات)
- التنظيف المكاني (التنظيف المكاني)
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
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
حقائق تستحق المعرفة
بوروفين
البوروفين هو طبقة أحادية الذرة بلورية من البورون ، أي أنه متآصل ثنائي الأبعاد من البورون (وتسمى أيضا ورقة البورون النانوية). خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة تحول البوروفين إلى مادة قيمة للعديد من التطبيقات الصناعية.
تشمل الخصائص الفيزيائية والكيميائية الاستثنائية للبوروفين جوانب ميكانيكية وحرارية وإلكترونية وبصرية وفائقة التوصيل فريدة من نوعها.
هذا يفتح إمكانيات لاستخدام البوروفين للتطبيقات في بطاريات أيون المعادن القلوية ، وبطاريات Li-S ، وتخزين الهيدروجين ، والمكثف الفائق ، وتقليل الأكسجين وتطوره ، بالإضافة إلى تفاعل الاختزال الكهربائي CO2. يذهب اهتمام كبير بشكل خاص إلى البوروفين كمادة أنود للبطاريات وكمواد تخزين الهيدروجين. نظرا للقدرات النظرية العالية المحددة والتوصيل الإلكتروني وخصائص النقل الأيوني ، فإن البوروفين مؤهل كمادة أنود رائعة للبطاريات. نظرا لقدرة الامتصاص العالية للهيدروجين إلى البوروفين ، فإنه يوفر إمكانات كبيرة لتخزين الهيدروجين - بسعة تزيد عن 15٪ من وزنه.
بوروفين لتخزين الهيدروجين
تحظى المواد ثنائية الأبعاد (2D) القائمة على البورون باهتمام كبير كوسائط تخزين H2 بسبب انخفاض الكتلة الذرية للبورون واستقرار تزيين المعادن القلوية على السطح ، مما يعزز التفاعلات مع H2. أظهرت صفائح البوروفين النانوية ثنائية الأبعاد ، والتي يمكن تصنيعها بسهولة باستخدام تقشير الطور السائل بالموجات فوق الصوتية كما هو موضح أعلاه ، تقاربا جيدا لذرات تزيين المعادن المختلفة ، والتي يمكن أن يحدث فيها تجميع ذرات المعادن. باستخدام مجموعة متنوعة من الزخارف المعدنية ، مثل Li و Na و Ca و Ti على أشكال مختلفة من البوروفين ، تم الحصول على كثافات جاذبية H2 مثيرة للإعجاب تتراوح من 6 إلى 15 بالوزن ٪ ، متجاوزة متطلبات وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) للتخزين على متن الطائرة بنسبة 6.5 بالوزن ٪ H2. (راجع حبيبي وآخرون ، 2021)
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.