Bor nitrid nanoboruları – ultrasəs vasitəsilə laylara ayrılma və dispersləşdirmə
Ultrasəs emalı bor nitrid nanoborularının (BNNTs) emalı və dispersləşdirilməsi üçün uğurla tətbiq olunur. Yüksək intensivlikli ultrasəs müxtəlif məhlullarda dolaşıqların homogen şəkildə açılmasını və bərabər paylanmanı təmin edir və buna görə də BNNT-lərin məhlullara və matrislərə daxil edilməsi üçün mühüm emal üsuludur.
Bor nitrid nanoborularının ultrasəslə emalı
Bor nitrid nanoborularını (BNNTs) və ya nanotəbəqələr və nanolentlər kimi bor nitrid nanostrukturlarını (BNNs) maye məhlullara və ya polimer matrislərə daxil etmək üçün səmərəli və etibarlı dispersləşdirmə üsulu tələb olunur. Ultrasəslə dispersləşdirmə bor nitrid nanoborularını və bor nitrid nanostrukturlarını yüksək səmərəliliklə laylara ayırmaq, dolaşıqlarını açmaq, dispersləşdirmək və funksionallaşdırmaq üçün tələb olunan enerjini təmin edir. Yüksək intensivlikli ultrasəsin dəqiq idarə oluna bilən emal parametrləri (yəni enerji, amplituda, vaxt, temperatur və təzyiq) emal şəraitini prosesin hədəfinə uyğun olaraq fərdi şəkildə tənzimləməyə imkan verir. Bu o deməkdir ki, ultrasəs intensivliyi konkret formulaya (BNNT-lərin keyfiyyəti, həlledici, bərk–maye konsentrasiyası və s.) uyğun tənzimlənə bilər və bununla optimal nəticələr əldə olunar.
Bor nitrid nanokasacıqlarının sintezi üçün ultrasəs üsulu
(tədqiqat və qrafik: Yu et al. 2012)
BNNT və BNN-lərin ultrasəslə emalının tətbiqləri ikiölçülü bor nitrid nanostrukturlarının (2D-BNNs) homogen dispersləşdirilməsindən onların funksionallaşdırılmasına və birlaylı heksaqonal bor nitridin kimyəvi yolla laylara ayrılmasına qədər bütün sahələri əhatə edir. Aşağıda BNNT və BNN-lərin ultrasəslə dispersləşdirilməsi, laylara ayrılması və funksionallaşdırılması haqqında ətraflı məlumat təqdim edirik.
Ultrasəs dispersatorlarının (2x UIP1000hdT) bor nitrid nanoborularının sənaye miqyasında emalı üçün quraşdırılması
Bor nitrid nanoborularının ultrasəslə dispersləşdirilməsi
Bor nitrid nanoboruları (BNNTs) polimerləri möhkəmləndirmək və ya yeni materialları sintez etmək üçün istifadə edildikdə, onların matrisdə bərabər və etibarlı şəkildə dispersləşdirilməsi tələb olunur. Ultrasəs dispersatorları CNT-lər, metal nanohissəciklər, nüvə–qabıq hissəcikləri və digər növ nanohissəciklər kimi nanomaterialları ikinci fazada dispersləşdirmək üçün geniş istifadə olunur.
Ultrasəslə dispersləşdirmə BNNT-lərin dolaşıqlarını açmaq və onları etanol, PVP tərkibli etanol, TX100 tərkibli etanol daxil olmaqla sulu və susuz məhlullarda, eləcə də müxtəlif polimerlərdə (məsələn, poliuretanda) bərabər paylamaq üçün uğurla tətbiq edilmişdir.
Ultrasəslə hazırlanmış BNNT dispersiyasını sabitləşdirmək üçün geniş istifadə olunan səthi aktiv maddə 1%wt natrium dodesil sulfat (SDS) məhluludur. Məsələn, 5 mg BNNT kiçik flakonda 5 mL 1%wt. SDS məhlulu ilə zond tipli ultrasəs dispersatoru vasitəsilə ultrasəslə dispersləşdirilir; belə dispersatora nümunə: UP200St (26kHz, 200W).
BNNT-lərin ultrasəs vasitəsilə suda dispersləşdirilməsi
Güclü van der Waals qarşılıqlı təsirləri və hidrofob səthləri səbəbindən bor nitrid nanoboruları su əsaslı məhlullarda zəif dispersləşir. Bu problemləri həll etmək üçün Jeon et al. (2019) ultrasəs emalı zamanı BNNT-ni funksionallaşdırmaq məqsədilə həm hidrofil, həm də hidrofob qruplara malik Pluronic P85 və F127-dən istifadə etmişlər.
Müxtəlif müddətlərdə ultrasəs emalından sonra qısaldılmış BNNT-lərin SEM təsvirləri. Göründüyü kimi, ultrasəs emalının ümumi müddəti artdıqca bu BNNT-lərin uzunluğu azalır.
(tədqiqat və şəkil: Lee et al. 2012)
Bor nitrid nanotəbəqələrinin ultrasəs vasitəsilə səthi aktiv maddələrsiz laylara ayrılması
Lin et al. (2011) heksaqonal bor nitridin (h-BN) laylara ayrılması və dispersləşdirilməsi üçün təmiz üsul təqdim edirlər. Heksaqonal bor nitrid ənənəvi olaraq suda həll olmayan maddə hesab edilir. Lakin onlar göstərə bilmişlər ki, su ultrasəs vasitəsilə laylı h-BN strukturlarını laylara ayırmaq üçün səmərəlidir və səthi aktiv maddələrdən və ya üzvi funksionallaşdırmadan istifadə etmədən h-BN nanotəbəqələrinin “təmiz” sulu dispersiyaları yaranır. Bu ultrasəslə laylara ayırma prosesi azlaylı h-BN nanotəbəqələri, eləcə də birlaylı nanotəbəqə və nanolent növləri əmələ gətirmişdir. Nanotəbəqələrin əksəriyyətinin yan ölçüləri kiçilmişdi və bu, ultrasəsin kömək etdiyi hidrolizin ilkin h-BN təbəqələrini kəsməsi ilə əlaqələndirilmişdir (ammonyak testi və spektroskopiya nəticələri ilə təsdiqlənmişdir). Ultrasəslə induksiya olunan hidroliz həlledicinin qütblülük təsirinə əlavə olaraq h-BN nanotəbəqələrinin laylara ayrılmasını da təşviq etmişdir. Bu “təmiz” sulu dispersiyalardakı h-BN nanotəbəqələri öz fiziki xüsusiyyətlərini saxlayaraq məhlul üsulları ilə yaxşı emal oluna bilmə qabiliyyəti göstərmişdir. Suda dispersləşdirilmiş h-BN nanotəbəqələri ferritin kimi zülallara güclü yaxınlıq da göstərmişdir ki, bu da nanotəbəqələrin səthlərinin sonrakı biokonyuqasiya üçün əlçatan olduğunu göstərir.
Bor nitrid nanoborularının ultrasəslə ölçüsünün kiçildilməsi və kəsilməsi
Bor nitrid nanoborularının uzunluğu BNNT-lərin sonradan polimerlərə və digər funksionallaşdırılmış materiallara daxil edilərək emal olunmasında mühüm rol oynayır. Buna görə də BNNT-lərin həlledicidə ultrasəslə emalının onları təkcə ayrı-ayrılıqda ayıra deyil, həm də bambuk quruluşlu BNNT-ləri idarə olunan şəraitdə qısalda bilməsi mühüm faktdır. Qısaldılmış BNNT-lərin kompozit hazırlanarkən dəstələr əmələ gətirmə ehtimalı xeyli aşağıdır. Lee at al. (2012) funksionallaşdırılmış BNNT-lərin uzunluğunun ultrasəs vasitəsilə >10µm-dən ∼500nm-ə səmərəli şəkildə azaldıla bildiyini göstərmişlər. Onların təcrübələri göstərir ki, BNNT-lərin bu cür ölçüsünün kiçildilməsi və kəsilməsi üçün məhlulda BNNT-nin səmərəli ultrasəslə dispersləşdirilməsi zəruridir.
(c) Suda yaxşı dispersləşdirilmiş mPEG- DSPE/BNNTs (2 h ultrasəs emalından sonra). (d) mPEG-DSPE molekulu ilə funksionallaşdırılmış BNNT-nin sxematik təsviri
(tədqiqat və şəkil: Lee et al. 2012)
Ultrasəs homogenizatoru UP400St bor nitrid nanoborularının (BNNTs) dispersləşdirilməsi üçün
BNNT emalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları
Hielscher ultrasəs cihazlarının ağıllı funksiyaları etibarlı işləməni, təkrarlana bilən nəticələri və istifadə rahatlığını təmin etmək üçün hazırlanmışdır. İş parametrlərinə rəqəmsal rəngli sensor ekran və brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə ilə açılan intuitiv menyudan asanlıqla daxil olmaq və onları tənzimləmək mümkündür. Beləliklə, xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, vaxt, təzyiq və temperatur kimi bütün emal şərtləri daxili SD-kartda avtomatik qeydə alınır. Bu, əvvəlki ultrasəs emalı dövrlərini nəzərdən keçirməyə və müqayisə etməyə, həmçinin bor nitrid nanoborularının və nanomaterialların laylara ayrılması və dispersləşdirilməsi prosesini ən yüksək səmərəliliyə çatdırmaq üçün optimallaşdırmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri yüksək keyfiyyətli BNNT-lərin istehsalı üçün bütün dünyada istifadə olunur. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları fasiləsiz iş rejimində (24/7/365) yüksək amplitudalarla asanlıqla işləyə bilir. Standart sonotrodlarla (ultrasəs zondları / buynuzları) 200µm-ə qədər amplitudaları asanlıqla fasiləsiz yaratmaq mümkündür. Daha da yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Möhkəmliyi və az texniki xidmət tələb etməsi sayəsində ultrasəslə laylara ayırma və dispersləşdirmə sistemlərimiz adətən ağır iş şəraitli tətbiqlər və sərt mühitlər üçün quraşdırılır.
Hielscher Ultrasonics şirkətinin sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 iş rejimində asanlıqla fasiləsiz işləmək mümkündür. Daha da yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Bor nitrid nanoborularının, eləcə də CNT-lərin və qrafenin dispersləşdirilməsi və laylara ayrılması üçün Hielscher ultrasəs prosessorları artıq bütün dünyada kommersiya miqyasında quraşdırılmışdır. BNNT istehsalı prosesinizi müzakirə etmək üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Təcrübəli əməkdaşlarımız laylara ayırma prosesi, ultrasəs sistemləri və qiymətlər haqqında daha ətraflı məlumatı məmnuniyyətlə sizinlə bölüşəcəklər!
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal tutumu haqqında məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersləşdirmə, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Bilməyə dəyər faktlar
Bor nitrid nanoboruları və nanomateriallar
Bor nitrid nanoboruları heksaqonal şəbəkədə düzülmüş bor və azot atomlarından təşkil olunmuş unikal atom quruluşuna malikdir. Bu quruluş BNNT-yə üstün mexaniki möhkəmlik, yüksək istilikkeçirmə qabiliyyəti, elektrik izolyasiya davranışı, pyezoelektrik xassə, neytronlardan ekranlama qabiliyyəti və oksidləşməyə davamlılıq kimi çoxsaylı əla daxili xassələr verir. 5 eV qadağan olunmuş zona eni eninə elektrik sahələri vasitəsilə də tənzimlənə bilər ki, bu da BNNT-ləri elektron cihazlar üçün maraqlı edir. Bundan əlavə, BNNT-lər 800°C-yə qədər yüksək oksidləşməyə davamlılığa malikdir, əla pyezoelektriklik göstərir və otaq temperaturunda hidrogenin saxlanması üçün yaxşı material ola bilər.
BNNT-lər və qrafen: BNNT-lər qrafenin struktur analoqlarıdır. Bor nitrid əsaslı nanomateriallarla onların karbon əsaslı analoqları arasındakı əsas fərq atomlar arasındakı rabitələrin təbiətidir. Karbon nanomateriallarında C-C rabitəsi sırf kovalent xarakter daşıyır, B-N rabitələri isə sp2 hibridləşmiş B-N-dəki e− cütləri səbəbindən qismən ion xarakteri göstərir. (bax: Emanet et al. 2019)
BNNT-lər və karbon nanoboruları: Bor nitrid nanoboruları (BNNTs) karbon nanoborularına (CNTs) bənzər boruşəkilli nanostruktur nümayiş etdirir; bor və azot atomları heksaqonal şəbəkədə düzülmüşdür.
Ksenlər: Ksenlər 2D, birelementli nanomateriallardır. Tanınmış nümunələr borofen, qallenən, silisen, germanen, stanen, fosforen, arsenen, antimonen, bismuten, telluren və selenendir. Ksenlər qeyri-adi material xassələrinə malikdir və bu xassələr digər 2D materialların praktik tətbiqləri ilə bağlı məhdudiyyətləri aşmaq potensialı yaradır. Ksenlərin ultrasəslə laylara ayrılması haqqında daha ətraflı məlumat əldə edin!
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarını laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünədək istehsal edir.