Нанотръби от борен нитрид – Ексфолирани и диспергирани с помощта на Sonication

Ултразвукът се прилага успешно за обработка и дисперсия на нанотръби от борен нитрид (BNNT). Високоинтензивното ултразвуково обезвреждане осигурява хомогенно разплитане и разпределение в различни разтвори и по този начин е ключова техника за обработка за включване на BNNT в разтвори и матрици.

Ултразвукова обработка на нанотръби от борен нитрид

За да се включат нанотръби от борен нитрид (BNNT) или наноструктури от борен нитрид (BNN), като нанолистове и наноленти в течни разтвори или полимерни матрици, е необходима ефективна и надеждна техника на дисперсия. Ултразвуковата дисперсия осигурява необходимата енергия за ексфолиране, разплитане, диспергиране и функционализиране на нанотръби от борен нитрид и наноструктури от борен нитрид с висока ефективност. Прецизно контролираните параметри на обработка на ултразвука с висока интензивност (т.е. енергия, амплитуда, време, температура и налягане) позволяват индивидуално да се регулират условията на обработка според целевата цел на процеса. Това означава, че ултразвуковият интензитет може да се регулира по отношение на специфичната формула (качество на BNNT, разтворител, концентрация твърдо-течно и т.н.), като по този начин се получават оптимални резултати.

Приложенията на ултразвуковата обработка на BNNT и BNN обхващат пълния спектър от хомогенна дисперсия на двуизмерни наноструктури от борен нитрид (2D-BNN) до тяхната функционализация и химическа ексфолация на еднослоен шестоъгълен борен нитрид. По-долу представяме подробности за ултразвуковата дисперсия, ексфолирането и функционализацията на BNNT и BNN.

Ултразвукова дисперсия на нанотръби от борен нитрид

Когато нанотръбите от борен нитрид (BNNT) се използват за подсилване на полимери или за синтез на нови материали, е необходима равномерна и надеждна дисперсия в матрицата. Ултразвуковите диспергатори се използват широко за диспергиране на наноматериали като CNT, метални наночастици, частици от сърцевината и други видове наночастици във втора фаза.
Ултразвуковата дисперсия е успешно приложена за разплитане и равномерно разпределение на BNNT във водни и неводни разтвори, включително етанол, PVP етанол, етанол TX100, както и различни полимери (напр. полиуретан).
Често използвано повърхностноактивно вещество за стабилизиране на ултразвуково приготвена BNNT дисперсия е 1% wt разтвор на натриев додецил сулфат (SDS). Например, 5 mg BNNT се диспергират ултразвуково във флакон с 5 ml 1% wt. SDS разтвор с помощта на ултразвуков диспергатор тип сонда като UP200St (26kHz, 200W).

Водна дисперсия на BNNT с помощта на ултразвук

Поради силните си взаимодействия на ван дер Ваалс и хидрофобната повърхност, нанотръбите от борен нитрид са слабо диспергирани в разтвори на водна основа. За да решат тези проблеми, Jeon et al. (2019) използват Pluronic P85 и F127, които имат както хидрофилни, така и хидрофобни групи, за да функционализират BNNT при ултразвук.

Ексфолиране без повърхностноактивни вещества на нанолистове от борен нитрид с помощта на соникация

Lin et al. (2011) представят чист метод за ексфолиране и диспергиране на хексагонален борен нитрид (h-BN). Шестоъгълният борен нитрид традиционно се счита за неразтворим във вода. Те обаче успяха да докажат, че водата е ефективна за ексфолиране на слоестите h-BN структури с помощта на ултразвук, образувайки “чист” водни дисперсии на h-BN нанолистове без използване на повърхностноактивни вещества или органична функционализация. Този ултразвуков процес на ексфолиране произвежда многослойни h-BN нанолистове, както и еднослойни нанолистове и нанолентови видове. Повечето нанолистове са с намалени странични размери, което се дължи на изрязването на родителските h-BN листове, индуцирано от хидролиза с помощта на ултразвук (потвърдено от теста за амоняк и резултатите от спектроскопията). Ултразвуково индуцираната хидролиза също насърчава ексфолирането на h-BN нанолистове в помощ на ефекта на полярността на разтворителя. Нанолистовете h-BN в тези “чист” водните дисперсии показват добра обработваемост чрез методи на разтвори, запазващи физическите си характеристики. Диспергираните h-BN нанолистове във вода също показват силен афинитет към протеини като феритин, което предполага, че повърхностите на нанолистовете са достъпни за по-нататъшни биоконюгации.

Методът на сономеханична дисперсия, използващ ултразвукова кавитация и сили на срязване, е чисто физически подход за смесване, който е доказано способен да разопакова BNNT и да стабилизира отделните BNNT, като същевременно запазва тяхната цялост и присъщи свойства. Прилагайки подходяща ултразвукова енергия (Ws/ml), т.е. регулирана амплитуда и продължителност на ултразвука, ултразвуковата дисперсия може да разплита и разпръсне BNNTS равномерно. По-високи амплитуди и по-дълга ултразвук могат да бъдат приложени, ако дължината на нанотръбите от борен нитрид трябва да бъде намалена. Прочетете повече за ултразвуковото намаляване на размера и рязането на дължината на BNNT в следващия раздел.

Ултразвуково намаляване на размера и рязане на нанотръби от борен нитрид

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.

Високоефективни ултразвукови апарати за BNNT обработка

Интелигентните функции на ултразвуковите апарати Hielscher са проектирани да гарантират надеждна работа, възпроизводими резултати и удобство за потребителя. Работните настройки могат лесно да бъдат достъпни и набрани чрез интуитивно меню, което може да бъде достъпно чрез цифров цветен сензорен дисплей и дистанционно управление на браузъра. Следователно всички условия на обработка като нетна енергия, обща енергия, амплитуда, време, налягане и температура се записват автоматично на вградена SD-карта. Това ви позволява да преразгледате и сравните предишни серии на ултразвук и да оптимизирате процеса на ексфолиране и диспергиране на нанотръби и наноматериали от борен нитрид до най-висока ефективност.
Системите Hielscher Ultrasonics се използват по целия свят за производството на висококачествени BNNT. Индустриалните ултразвукови апарати Hielscher могат лесно да работят с високи амплитуди при непрекъсната работа (24/7/365). Амплитуди до 200 μm могат лесно да се генерират непрекъснато със стандартни сонотроди (ултразвукови сонди? рога). За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Поради тяхната здравина и ниска поддръжка, нашите ултразвукови системи за ексфолиране и диспергиране обикновено се инсталират за тежки приложения и в взискателни среди.
Hielscher Ultrasonics’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди.
Ултразвуковите процесори на Hielscher за диспергиране и ексфолиране на нанотръби от борен нитрид, както и CNT и графен вече са инсталирани по целия свят в търговски мащаб. Свържете се с нас сега, за да обсъдим вашия производствен процес на BNNT! Нашият опитен персонал ще се радва да сподели повече информация за процеса на ексфолиране, ултразвуковите системи и цените!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: