Sənaye miqyasında ultrasəslə borofen sintezi
Borun ikiölçülü nanostrukturlu törəməsi olan borofen sadə və aşağı xərcli ultrasəs eksfoliasiyası vasitəsilə səmərəli şəkildə sintez edilə bilər. Maye fazada ultrasəs eksfoliasiyası böyük miqdarda yüksək keyfiyyətli borofen nanotəbəqələri istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər. Ultrasəs eksfoliasiyası üsulu 2D nanomaterialların (məsələn, qrafenin) istehsalında geniş istifadə olunur və yüksək keyfiyyətli nanotəbəqələr, yüksək çıxım, sürətli və sadə əməliyyat, eləcə də ümumi səmərəlilik kimi üstünlükləri ilə yaxşı tanınır.
Borofenin hazırlanması üçün ultrasəs eksfoliasiyası üsulu
Ultrasəslə həyata keçirilən maye fazalı eksfoliasiya qrafit (qrafen), bor (borofen) və digərləri daxil olmaqla müxtəlif həcmli ilkin materiallardan 2D nanotəbəqələrin hazırlanmasında geniş istifadə olunur. Kimyəvi eksfoliasiya üsulu ilə müqayisədə ultrasəs dəstəkli maye fazalı eksfoliasiya bor kvant nöqtələri (BQDs) və borofen kimi 0D və 2D nanostrukturların hazırlanması üçün daha perspektivli strategiya hesab olunur. (bax: Wang et al., 2021)
Soldakı sxem azqatlı 2D borofen təbəqələrinin aşağı temperaturda maye mühitdə ultrasəs eksfoliasiyası prosesini göstərir. (Tədqiqat və şəkil: ©Lin et al., 2021.)
Sonokimyəvi reaktor 2000 vatt gücündə sənaye ultrasəs prosessoru UIP2000hdT ilə təchiz edilmişdir və böyük miqyasda borofen eksfoliasiyası üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Borofenin ultrasəs eksfoliasiyasına dair tədqiqat nümunələri
Maye fazalı prosesdə güclü ultrasəsdən istifadə etməklə eksfoliasiya və qatların ayrılması geniş tədqiq edilmiş və borofenə, eləcə də bor kvant nöqtələri, bor nitrid və ya maqnezium diborid kimi digər bor törəmələrinə uğurla tətbiq olunmuşdur.
α-Borofen
Göktuna və Taşaltın (2021) tərəfindən aparılmış tədqiqatda α borofen sadə və aşağı xərcli ultrasəs eksfoliasiyası vasitəsilə hazırlanmışdır. Ultrasəslə sintez edilmiş borofen nanotəbəqələri α borofenin kristal quruluşunu nümayiş etdirir.
Protokol: 100 mg bor mikrohissəciyi 100 ml DMF-də 200 W gücdə (məsələn, S26d14 ilə təchiz edilmiş UP200St cihazından istifadə etməklə) 4h ərzində azot (N2) axını tənzimlənən kamerada ultrasəslə işlənmişdir ki, maye fazada ultrasəs eksfoliasiyası prosesi zamanı oksidləşmənin qarşısı alınsın. Eksfoliasiya edilmiş bor hissəciklərinin məhlulu müvafiq olaraq 5000 rpm və 12.000 rpm sürətlə 15 min sentrifuqalanmış, sonra borofen ehtiyatla toplanmış və vakuum mühitində 50ºC temperaturda 4h ərzində qurudulmuşdur. (bax: Göktuna and Taşaltın, 2021)
Zond ultrasəsinin dəstəyi ilə solvotermal emal prosesi vasitəsilə eksfoliasiya edilmiş azqatlı borofenin sxematik təsviri.
Tədqiqat və şəkil: ©Zhang et al., 2020
Azqatlı borofen
Zhang et al. (2020) böyük üfüqi ölçüyə malik yüksək keyfiyyətli borofenin istehsalına imkan verən asetonda solvotermal maye fazalı eksfoliasiya üsulunu təsvir edirlər. Asetonun şişirtmə təsirindən istifadə etməklə bor tozu ilkin materialı əvvəlcə asetonda isladılmışdır. Sonra isladılmış bor ilkin materialı asetonda 200ºC temperaturda əlavə solvotermal emaldan keçirilmiş, ardınca zond tipli ultrasəs cihazı ilə 225 W gücdə 4h ərzində ultrasəslə işlənmişdir. Nəticədə bir neçə bor qatından ibarət və üfüqi ölçüsü 5,05 mm-ə qədər olan borofen əldə edilmişdir. Asetonda solvotermal emalın dəstəyi ilə maye fazalı eksfoliasiya üsulu böyük üfüqi ölçülərə malik yüksək keyfiyyətli bor nanotəbəqələrinin hazırlanması üçün istifadə edilə bilər. (bax: Zhang et al., 2020)
Ultrasəslə eksfoliasiya edilmiş borofenin XRD difraktoqramı həcmli bor ilkin materialının difraktoqramı ilə müqayisə edildikdə oxşar XRD difraktoqramı müşahidə oluna bilər. Əsas difraksiya piklərinin çoxu b-romboedrik bora aid edilə bilər; bu isə kristal quruluşun eksfoliasiya emalından əvvəl və sonra demək olar ki, qorunduğunu göstərir.
Asetonda ultrasəs dəstəkli solvotermal eksfoliasiya ilə əldə edilmiş azqatlı borofenin aşağı ayırdetmə qabiliyyətli (a) və yüksək ayırdetmə qabiliyyətli (b) SEM təsvirləri
Tədqiqat və şəkil: ©Zhang et al., 2020
Emal edilməmiş həcmli borun və zond ultrasəsinin dəstəyi ilə solvotermal eksfoliasiya vasitəsilə əldə edilmiş azqatlı borofenin XRD difraktoqramları (a) və Raman spektrləri (b).
Tədqiqat və şəkil: ©Zhang et al., 2020
Bor kvant nöqtələrinin sonokimyəvi sintezi
Hao et al. (2020) yüksək polyarlı üzvi həlledici olan asetonitrildə genişləndirilmiş bor tozundan böyük miqyasda vahid kristal yarımkeçirici bor kvant nöqtələri (BQDs) uğurla hazırlamışlar; bunun üçün güclü zond tipli ultrasəs cihazından (məsələn, UP400St, UIP500hdT və ya UIP1000hdT) istifadə edilmişdir. Sintez edilmiş bor kvant nöqtələrinin yan ölçüsü 2,46 ±0,4 nm, qalınlığı isə 2,81 ±0,5 nm olmuşdur.
Protokol: Bor kvant nöqtələrinin tipik hazırlanması zamanı əvvəlcə üçboğazlı kolbaya 30 mg bor tozu əlavə edilmiş, sonra ultrasəslə emal prosesindən əvvəl qaba 15 mL asetonitril əlavə edilmişdir. Eksfoliasiya 400 W çıxış gücündə (məsələn, bu cihazdan istifadə etməklə: UIP500hdT), 20kHz tezlikdə və 60 min ultrasəslə emal müddətində aparılmışdır. Ultrasəslə emal zamanı məhlulun həddindən artıq qızmasının qarşısını almaq üçün temperaturu sabit saxlamaq məqsədilə buz vannası və ya laboratoriya soyuducusu ilə soyutma tətbiq edilmişdir. Alınmış məhlul 1500 rpm sürətlə 60 min sentrifuqalanmışdır. Tərkibində bor kvant nöqtələri olan üst maye ehtiyatla götürülmüşdür. Bütün təcrübələr otaq temperaturunda aparılmışdır. (bax: Hao et al., 2020)
Wang et al. (2021) tərəfindən aparılmış tədqiqatda da tədqiqatçılar maye fazada ultrasəs eksfoliasiyası üsulundan istifadə edərək bor kvant nöqtələri hazırlamışlar. Onlar dar ölçü paylanmasına, əla dispersləşmə qabiliyyətinə, IPA məhlulunda yüksək sabitliyə və “two-photo” flüoressensiyasına malik monodispers bor kvant nöqtələri əldə etmişlər.
Müxtəlif ultrasəs şəraitlərində hazırlanmış BQDs-in TEM təsvirləri və müvafiq diametr paylanması. (a) 400 W gücdə 2 h ərzində sintez edilmiş BQDs-2-nin TEM təsviri. (b) 550 W gücdə 1 h ərzində sintez edilmiş BQDs-3-ün TEM təsviri. (c) 400 W gücdə 4 h ərzində sintez edilmiş BQDs-3-ün TEM təsviri. (d) (a)-dan əldə edilmiş kvant nöqtələrinin diametr paylanması. (e) (b)-dən əldə edilmiş kvant nöqtələrinin diametr paylanması. (f) (c)-dən əldə edilmiş kvant nöqtələrinin diametr paylanması.
Tədqiqat və şəkil: ©Hao et al., 2020
Maqnezium diborid nanotəbəqələrinin ultrasəs eksfoliasiyası
Eksfoliasiya prosesi 450mg maqnezium diborid
(MgB2) tozunu (təxminən 100 mesh ölçüsü / 149 mikron) 150 ml suda suspenziya halına gətirməklə və 30 dəqiqə ultrasəs təsirinə məruz qoymaqla aparılmışdır. Ultrasəs eksfoliasiyası aşağıdakı kimi zond tipli ultrasəs cihazı ilə həyata keçirilə bilər: UP200Ht və ya UP400St – 30% amplitudla və 10sec açıq/bağlı impulsların tətbiq olunduğu dövr rejimində. Ultrasəs eksfoliasiyası nəticəsində tünd qara suspenziya yaranır. Qara rəng ilkin MgB2 tozunun rəngi ilə əlaqələndirilə bilər.
Suda qrafit pulcuğunun sonomexaniki eksfoliasiyasını göstərən yüksək sürətli kadrlar ardıcıllığı (a-dan f-ə qədər); prosesdə istifadə olunan cihaz: UP200S, 200W ultrasəs cihazı – 3mm sonotrodla təchiz edilmişdir. Oxlar yarığa daxil olan kavitasiya qabarcıqları ilə birlikdə parçalanma (eksfoliasiya) yerini göstərir.
© Tyurnina et al. 2020
İstənilən miqyasda borofen eksfoliasiyası üçün güclü ultrasəs cihazları
Hielscher Ultrasonics istənilən ölçüdə möhkəm və etibarlı ultrasəs cihazları layihələndirir, istehsal edir və paylayır. Kompakt laboratoriya ultrasəs cihazlarından sənaye ultrasəs zondlarına və reaktorlarına qədər Hielscher prosesiniz üçün ideal ultrasəs sisteminə malikdir. Nanomaterialların sintezi və dispersləşdirilməsi kimi tətbiqlərdə uzunmüddətli təcrübəyə malik yaxşı təlim keçmiş əməkdaşlarımız tələblərinizə ən uyğun avadanlıq konfiqurasiyasını tövsiyə edəcəklər. Hielscher sənaye ultrasəs prosessorları sənaye müəssisələrində etibarlı və davamlı işləyən avadanlıq kimi tanınır. Çox yüksək amplitudlar təmin edə bilən Hielscher ultrasəs cihazları borofen və ya qrafen eksfoliasiyası, eləcə də nanomaterialların dispersləşdirilməsi kimi yüksək məhsuldarlıq tələb edən tətbiqlər üçün idealdır. 200µm-ə qədər amplitudlarda 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür. Daha yüksək amplitudlar üçün fərdi tələblərə uyğun hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Bütün Hielscher ultrasəs cihazları və aksesuarları Almaniyadakı baş qərargahda layihələndirilir və istehsal olunur. Müştəriyə çatdırılmazdan əvvəl hər bir ultrasəs cihazı tam yük altında diqqətlə sınaqdan keçirilir. Biz müştəri məmnuniyyətinə çalışırıq və istehsalımız ən yüksək keyfiyyət təminatı tələblərini (məsələn, ISO sertifikatlaşdırılması) yerinə yetirmək üçün təşkil olunmuşdur.
- yüksək səmərəlilik
- ən müasir texnologiya
- etibarlılıq və möhkəmlik
- partiya ilə və axın xəttində emal
- istənilən həcm üçün
- intellektual proqram təminatı
- ağıllı funksiyalar (məsələn, məlumatların qeydə alınması)
- CIP (yerində təmizləmə)
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Həcm sərfi | 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 | bir neçə cihazdan ibarət qrup: 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
- 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.
Bilməyə dəyər faktlar
Borofen nədir?
Borofen borun kristal atom monoqatıdır, yəni borun ikiölçülü allotropudur (bor nanotəbəqəsi də adlanır). Onun unikal fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri borofeni çoxsaylı sənaye tətbiqləri üçün qiymətli materiala çevirir.
Borofenin müstəsna fiziki və kimyəvi xassələrinə unikal mexaniki, istilik, elektron, optik və ifratkeçiricilik xüsusiyyətləri daxildir.
Bu, borofenin qələvi metal ion batareyalarında, Li-S batareyalarında, hidrogenin saxlanmasında, superkondensatorlarda, oksigenin reduksiyasında və ayrılmasında, eləcə də CO2-nin elektroreduksiya reaksiyasında tətbiqinə imkanlar açır. Borofenin batareyalar üçün anod materialı və hidrogen saxlama materialı kimi istifadəsi xüsusilə böyük maraq doğurur. Yüksək nəzəri xüsusi tutumları, elektron keçiriciliyi və ion nəqli xassələri sayəsində borofen batareyalar üçün əla anod materialı hesab olunur. Hidrogenin borofen üzərində yüksək adsorbsiya tutumu sayəsində o, hidrogenin saxlanması üçün böyük potensial təqdim edir – saxlama tutumu öz çəkisinin 15%-dən çoxdur.
Hidrogenin saxlanması üçün borofen necə istifadə olunur?
İkiölçülü (2D) bor əsaslı materiallar borun aşağı atom kütləsi və səthi bəzəyən qələvi metalların səthdə sabitliyi sayəsində H2 saxlama mühiti kimi böyük diqqət cəlb edir; bu amillər H2 ilə qarşılıqlı təsirləri gücləndirir. Yuxarıda təsvir edildiyi kimi maye fazada ultrasəs eksfoliasiyası ilə asanlıqla sintez edilə bilən ikiölçülü borofen nanotəbəqələri səthi bəzəyən müxtəlif metal atomlarına yaxşı yaxınlıq göstərmişdir; bu zaman metal atomlarının klasterləşməsi baş verə bilər. Müxtəlif borofen polimorflarının səthini Li, Na, Ca və Ti kimi müxtəlif metallarla bəzəməklə 6–15 wt % diapazonunda təsirli H2 qravimetrik sıxlıqları əldə edilmişdir ki, bu da ABŞ Energetika Departamentinin (DOE) nəqliyyat vasitəsində saxlama üçün 6,5wt% H2 tələbini üstələyir. (bax: Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir – laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünədək.