Ултразвуково ексфолиране на ксени

Ксените са 2D моноелементални наноматериали с необикновени свойства като много висока повърхност, анизотропни физически / химични свойства, включително превъзходна електрическа проводимост или якост на опън. Ултразвуковата ексфолиране или деламинация е ефикасна и надеждна техника за производство на еднослойни 2D наношалети от слоести прекурсорни материали. Ултразвуковото ексфолиране вече е установено за производството на висококачествени ксенови нано листове в промишлен мащаб.

Ксени – Монослоен Наноструктури

Ултразвуково ексфолиран борофенКсените са монослойни (2D), моноелементални наноматериали, които се отличават с графеноподобие структура, вътреслойна ковалентно свързване, и слаби ван дер Waals сили между слоеве. Примери за материали, които са част от класа на ксените са борофен, силицена, германен, стенен, фосфорен (черен фосфор), арсен, бисмутен, и телурен и антимон. Поради еднослойната си 2D структура, ксените наноматериали се характеризират с много голяма повърхност, както и от подобрени химични и физически реактивности. Тези структурни характеристики придават на ксените наноматериали впечатляващи фотонни, каталитични, магнитни, и електронни свойства и правят тези наноструктури много интересни за множество промишлени приложения. Картината наляво показват SEM изображения на ултразвуково ексфолиран борофен.

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвуков реактор за промишлено ексфолиране на 2D нано листчета като ксени (напр. борофен, силицена, германен, стенен, фосфорен (черен фосфор), арсен, бисмутен, и телурен и антимон).

Реактор с 2000 вата ultrasonicator UIP2000hdT за широкомащабно ексфолиране на ксенови нано листове.

Производство на Xenes Наноматериали с помощта на ултразвукова делиминация

Течно Ексфолиране на наслоени наноматериали: Еднослойните 2D наношалети се произвеждат от неорганични материали със слоести структури (напр., графит), които се състоят в свободно подредени хостови слоеве, които показват разширяване на галерията от слой до слой или подуване при интеркалацията на определени йони и/или разтворители. Ексфолиацията, при която слоестата фаза се разцепва в наношалети, обикновено придружава подуването поради бързо отслабените електростатични атракции между слоевете, които произвеждат колоидни дисперсии на отделните 2D слоеве или листове. (срв. Geng et al, 2013) Като цяло е известно, че подуването улеснява ексфолиацията чрез ултразвук и води до отрицателно заредени нано листове. Химическото предварително третиране също улеснява ексфолиране чрез ултразвук в разтворители. Например, функционализацията позволява ексфолиране на наслоени двойни хидроксиди (LDHs) в алкохолите. (срв. Николози и др., 2013 г.)
За ултразвукова ексфолиране / делиминация слоят материал е изложен на мощни ултразвукови вълни в разтворител. Когато енергийно гъсти ултразвукови вълни са съчетани в течност или течен тор, възникват акустични известен още като ултразвукова кавитация. Ултразвукова кавитация се характеризира с колапса на вакуумни мехурчета. Ултразвуковите вълни пътуват през течността и генерират редуващи се ниско налягане / цикли на високо налягане. Минутата вакуумни мехурчета възникват по време на цикъл на ниско налягане (рядкост) и растат над различни цикли на ниско налягане / високо налягане. Когато балон кавитация достигне точката, в която не може да поеме никаква по-нататъшна енергия, балонът имплодира бурно и създава локално много енергийно плътни условия. Кавитационна гореща точка се определя от много високи налягания и температура, съответните налягания и температурни диференциали, високоскоростни течни струи, и сили на срязване. Тези сономеханични и сонохимични сили изтласкват разтворителя между подредените слоеве и разчупващите се пластове частици и кристални структури, като по този начин произвеждат ексфолирани наноши. Последователността на изображението по-долу демонстрира процеса на ексфолиране чрез ултразвукова кавитация.

Ултразвукова ексфолиране на графен във вода

Високоскоростна последователност (от a до f) от рамки, илюстриращи соно-механично ексфолиране на графитна люспа във вода с помощта на UP200S, ултразвуков мотор 200W с 3-mm сонотрод. Стрелките показват мястото на разделяне (ексфолиране) с кавитационни мехурчета, проникващи в разделянето.
© Тюрнина и др. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Моделирането показа, че ако повърхностната енергия на разтворителя е подобна на тази на слоевия материал, енергийната разлика между ексфолиираните и реагрегирани състояния ще бъде много малка, премахвайки движещата сила за повторно агрегиране. Когато в сравнение с алтернативните методи за разбъркване и срязване, ултразвуковите агитатори предоставиха по-ефективен енергиен източник за ексфолиране, което доведе до демонстриране на йонна интеркалация-подпомогната ексфолиране на TaS2, NbS2, и MoS2, както и слоеста оксиди. (срв. Николози и др., 2013 г.)

Ultrasonication е високоефективен и надежден инструмент за течно ексфолиране на нано листове като графен и ксени.

TEM изображения на ултразвуково течни ексфолирани нано листове: (A) Графен нано лист ексфолиран чрез ултразвук в разтворителя N-метил-пиролидон. Б) H-BN нано лист, ексфолиран чрез ултразвук в изопропанола на разтворителя. В) Нано лист MoS2, ексфолиран чрез ултразвук във воден повърхностноактивен разтвор.
(Проучване и снимки: ©Николози и др., 2013)

Ултразвукови протоколи за течно-ексфолиране

Ултразвуковото ексфолиране и деламинация на ксените и други монослойни наноматериали е широко проучено в научните изследвания и е успешно прехвърлено в промишлен производствен етап. По-долу ви представяме избрани протоколи за ексфолиране с помощта на ултразвук.

Ултразвуково ексфолиране на фосфорен нанофлейкс

Фосфорен (известен също като черен фосфор, BP) е 2D наслоен, моноелементен материал, образуван от фосфорни атоми.
В изследванията на Passaglia et al. (2018 г.) се доказва приготвянето на стабилни суспензии на фосфорен − метилметакрилат чрез ултразвукова подпомагана ексфолиране с течна фаза (LPE) на bP в присъствието на ММА, последвана от радикална полимеризация. Метилметакрилат (ММА) е течен мономер.

Протокол за ултразвукова течна ексфолиране на фосфорен

MMA_bPn, NVP_bPn и Sty_bPn суспензии са получени от LPE в присъствието на единствения мономер. При типична процедура ∼5 mg bP, внимателно смачкани в хоросан, е бил поставен в епруветка и след това е добавено претеглено количество MMA, Sty или NVP. Мономерната bP суспензия е ултразвукова за 90 мин чрез използване на хомогенизатор Hielscher Ultrasonics UP200St (200W, 26kHz), оборудван със сонотрод S26d2 (диаметър на върха: 2 mm). Ултразвуковата амплитуда се поддържаше постоянна при 50% с P = 7 W. Във всички случаи е използвана ледена баня за подобрено разсейване на топлината. Крайният MMA_bPn, NVP_bPn, и Sty_bPn суспензии след това са инфлирани с N2 за 15 мин. Всички суспензии бяха анализирани от DLS, показвайки rH стойности наистина близо до тази на DMSO_bPn. Например, MMA_bPn суспензия (имащ около 1% от bP съдържанието) се характеризира с rH = 512 ± 58 nm.
Докато други научни изследвания върху фосфорен доклад sonication време на няколко часа с помощта на ултразвукова по-чиста, висока точка на кипене разтворители, и ниска ефективност, изследователският екип на Passaglia демонстрира високоефективен ултразвуков протокол за ексфолиране с помощта на ултразвуков препарат тип сонда (т.е., UP200St).

Ултразвукова Ексфолиране на Борофен

За ултразвукови протоколи и резултати от ултразвукова ексфолиране на борофен, моля кликнете тук!

Ултразвуково ексфолиране на малко–слой силициев диоксид наноши

SEM изображение на ултразвуково ексфолирани силициеви нано листове.Малко–слой ексфолиран силициев диоксид нано листчета (E-SN) са били приготвени от естествен вермикулит (Verm) чрез ултразвукова ексфолиране. За синтеза на ексфолирани силициеви наношафти е приложен следния метод за ексфолиране на течност–фаза: 40 mg силициеви наношафти (SN) са диспергирани в 40 mL абсолютен етанол. Впоследствие сместа е ултразвукова за 2 h с помощта на Hielscher Ултразвуков Процесор UP200St, оборудван със 7 мм сонотрод. Амплитудата на ултразвуковата вълна се поддържаше постоянна на 70%. Беше приложена ледена баня, за да се избегне прегряване. Неексфолиран SN са отстранени чрез центрофугиране при 1000 об/мин за 10 мин. Накрая продуктът беше декантиран и изсушен при стайна температура под вакуум за една нощ. (срв. Guo et al., 2022)

Ултразвуковото ексфолиране на 2D монослойни наношафти като ксени (напр., фосфорен, борофен и т.н.) се изпълнява ефективно чрез ултразвук от тип сонда.

Ултразвукова ексфолиране на монослойни наноши с ултразвукова машина UP400St,


Ултразвукова течна ексфолиране на еднослойни нано листове.

Ултразвуковата течна ексфолиране е силно ефикасна за производството на ксенови нано листове. Картината показва 1000-те вата мощни UIP1000hdT,

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвукови сонди с висока мощност и реактори за ексфолиране на xenes Nanosheets

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпределя здрави и надеждни ultrasonicators при всякакъв размер. От компактни лабораторни ултразвукови устройства до индустриални ултразвукови сонди и реактори, Hielscher има идеалната ултразвукова система за вашия процес. С дългогодишния опит в приложения като наноматериален синтез и дисперсия, нашият добре обучен персонал ще Ви препоръча най-подходящата настройка за вашите изисквания. Hielscher промишлени ултразвукови процесори са известни като надеждни работни коне в промишлени съоръжения. Способни да доставят много високи амплитуди, ultrasonicators Hielscher са идеални за високопроизводителни приложения като синтез на ксени и други 2D монослойни наноматериали като борофен, фосфорен или графен, както и надеждна дисперсия на тези наноструктури.
Извънредно мощен ултразвук: Hielscher Ultrasonics’ промишлени ултразвукови процесори могат да доставят много високи амплитуди. Амплитудите до 200μm могат лесно да се движат непрекъснато при работа 24/7. За още по-високи амплитуди са налични персонализирани ултразвукови сонотроди.
Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия: Цялото оборудване е проектирано и произведено в централата ни в Германия. Преди доставката до клиента всяко ултразвуково устройство е внимателно тествано при пълно натоварване. Стремим се към удовлетвореност на клиентите и производството ни е структурирано така, че да изпълнява най-високото осигуряване на качеството (напр. сертифициране по ISO).

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:

Партида том Дебит Препоръчителни Devices
1 до 500mL 10 до 200 ml / мин UP100H
10 до 2000mL 20 до 400 ml / мин Uf200 ः т, UP400St
00,1 до 20L 00,2 до 4 л / мин UIP2000hdT
10 до 100L 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
п.а. 10 до 100 L / мин UIP16000
п.а. по-голям струпване на UIP16000

Свържете се с нас! / Попитай ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукови процесори, приложения и цена. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да ви предложим ултразвукова система, която отговаря на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Ултразвукови хомогенизатори с висока срязване се използват в лаборатория, пейка-топ, пилотна и промишлена обработка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.



Литература / Препратки

Факти заслужава да се знае

Фосфорен

Фосфоренът (също черни фосфорни наношети / нанофлейкове) проявяват висока подвижност от 1000 cm2 V–1 s–1 за проба с дебелина 5 nm с високо съотношение on/OFF от 105. Като p-тип полупроводник фосфоренето притежава пряка пролука на лентата от 0,3 eV. Освен това фосфоренето има пряка пролука на лентата, която се увеличава до приблизително 2 eV за монослоя. Тези материални характеристики превръщат черните фосфорни наношафети обещаващ материал за промишлени приложения в наноелектронни и нанофотонични устройства, които обхващат цялата гама на видимия спектър. (срв. Пасаглия и др., 2018) Друго потенциално приложение се крие в биомедицината приложения, тъй като сравнително ниската токсичност прави усвояването на черния фосфор силно привлекателен.
В класа на двуизмерните материали фосфореинът често се позиционира до графен, защото за разлика от графена фосфоренът има ненулева фундаментална пропаст на лентата, която може освен това да се модулира от щам и броя на слоевете в стека.

Борофен

Borophene е кристален атомен монослой на бор, т.е., това е двуизмерен алотроп на бор (наричан още бор нано лист). Неговите уникални физически и химични характеристики превръщат борофен в ценен материал за множество промишлени приложения.
Изключителните физически и химични свойства на Borophene включват уникални механични, термични, електронни, оптични и свръхпроводящи фасети.
Това отваря възможности за използване на борофен за приложения в алкални метални йонни батерии, Li-S батерии, съхранение на водород, суперкапацитор, намаляване на кислорода и еволюция, както и РЕАКЦИЯ НА CO2 електроредукция. Особено висок интерес влиза в borophene като аноден материал за батерии и като водороден материал за съхранение. Поради високите теоретични специфични мощности, електронната проводимост и йонните транспортни свойства, борофенът се квалифицира като голям аноден материал за батериите. Поради високия адсорбционния капацитет на водорода до борофен, той предлага голям потенциал за съхранение на водород – с капацитет на инсулт над 15% от теглото си.
Прочетете повече за ултразвуковия синтез и дисперсията на борофен!


Ултразвук с висока производителност! Продуктовата гама на Hielscher обхваща пълния спектър от компактния ултразвуков апарат на лабораторията над пейка-топ единици до пълноиндустриални ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.