Ultrasonication se uspješno primjenjuje na obradu i disperziju bor nitridnih nanocijeva (BNNTs). Sonication visokog inteziteta pruža homogeno detangiranje i distribuciju u raznim rješenjima i time je presudna tehnika obrade za ugradbu BNNT-ova u rješenja i matrice.

Ultrazvučna obrada Boron Nitride Nanotubes

Da bi se u tečne otopine ili polimerne matrice ugradile bor nitrid nanostrukture (BNNs) kao što su nanošeti i nanoribboni, potrebna je efikasna i pouzdana tehnika raspršivanja. Ultrazvučna disperzija pruža potrebne energije za eksfoliat, razmeštanje, raspršivanje, i funkcionalizaciju bor nitridnih nanotuba i bor nitrid nanostrukturu sa visokom efikasnosti. Precizno kontrolisani parametri obrade ultrazvuka visokog inteziteta (dakle energije, amplitude, vremena, temperature i pritiska) omogućavaju individualno podešavanje uslova obrade ciljanom cilju procesa. To znači da se ultrazvučni intezitet može podesiti u odnosu na specifičnu formulaciju (kvalitet BNNTs, otapal, koncentracija čvrste tekućine itd.), i time dobiti optimalne rezultate.

Primjene ultrazvučne BNNT i BNN obrade pokrivaju cijeli raspon od homogene disperzije dvodimenzionalnih bor nitridnih nanostruktur (2D-BNNs), do njihove funkcionalizacije i hemijskog pilinga jednoslojnog šestougaonog bornog nitrida. U nastavku predstavljamo detalje o ultrazvučnoj disperziji, eksfoliaciji, i funkcionalizaciji BNNTs-a i BNN-ova.

Ultrazvučna disperzacija Boron Nitride Nanotubes

Kada se bor nitrid nanocijeve (BNNTs) koriste za pojačavanje polimera ili za sintezu novih materijala, potrebna je uniformna i pouzdana disperzacija u matricu. Ultrazvučni raspršivači se naširoko koriste za raspršivanje nano materijala kao što su CNTs, metalne nanočestice, čestice jezgre i druge vrste nano čestica u drugu fazu.
Ultrazvučna disperza je uspješno primijenjena na detangle i distribuciju BNNT-a u vodinim i nekvenim rastvorima uključujući etanol, PVP etanol, TX100 etanol kao i razne poliuretane (npr. poliuretan).
Uobičajeni korišteni surfaktant za stabilizaciju ultrazvučno pripremljene BNNT disperzije je 1%wt otopina natrijevog dodecil sulfata (SDS). Na primjer, 5 mg BNNT-a se ultrazvučno rasprši u flaši sa 5 mL od 1%wt. SDS otopina pomoću ultrazvučnog raspršivača tipa sonde kao što je UP200St (26kHz, 200W).

Aqueous Dispersion of BNNTs using Ultrasound

Zbog njihovih jakih van der Waals interakcija i hidrofobne površine, bor nitridne nanocijeve su slabo disperzibilne u otopinama na bazi vode. Da bi riješili ove probleme, Jeon et al. (2019) su koristili Pluronski P85 i F127, koji imaju i hidrofilne grupe i hidrofobne grupe kako bi funkcionalizirali BNNT pod sonicationom.

Surfactant-Free Exfoliation of Boron Nitride Nanosheets using Sonication

Lin et al. (2011) predstavljaju čistu metodu eksfoliacije i raspršivanja šestougaonog bor nitrida (h-BN). Heksagonalni bor nitrid se tradicionalno smatra netavornim u vodi. Međutim, oni su mogli da pokažu da je voda efektivna za eksfolijiranje slojnih h-BN struktura pomoću ultrasonikacije, formirajući "čiste" vodene disperzija h-BN nanošeta bez upotrebe surfaktanta ili organske funkcionalnosti. Ovaj ultrazvučni proces eksfoliacije je proizveo maloslojne h-BN nanošete kao i monoslojane nanošeta i nanoribbonske vrste. Većina nanošaja bila je smanjenih bočnih veličina, što se pripisivali sečenju roditeljskih h-BN limova izazvanih hidrolizom potpomognutom sonikacijom (potvrđeno testom amonijaka i rezultatima spektroskopije). Ultrazvučno izazvana hidroliza također je promovirala eksfoliaciju h-BN nanošeta u pomoć polaritetnom efektu otapa. H-BN nanošeti u ovim "čistim" queque disperzijama su ispoljavali dobru obradljivost putem metoda rješenja koje su zaštićile svoje fizičke karakteristike. Raspršeni h-BN nanošeti u vodi također su izlagali jak afinitet prema proteinima kao što je feritin, što ukazuje da su površine nanošeta bile dostupne za daljnje biokonjugacije.

Sono-mehanička metoda raspršivanja pomoću ultrazvučne kavitacije i sila smicanja je čisto fizički pristup stapanja, koji je dokazano sposoban za debundiranje BNNT-ova i stabiliziranje pojedinačnih BNNT-ova uz održavanje njihovog integriteta i intrinzičkih svojstava. Primjenom pogodan ultrazvučne energije (Ws/mL), dakle podešene amplitude i trajanja sonication, ultrazvučna disperzija može razmeštati i raspršiti BNNTS u uniformi. Više amplitude i duža sonikacija mogu se primijeniti ako treba smanjiti dužinu bor nitridnih nanocjevčica. Pročitajte više o ultrazvučnom smanjenju veličine i rezanju dužine BNNTs-a u sljedećem odjeljku.

Ultrazvučna veličina Redukcija i reženje Bor nitride Nanotubes

Dužina bor nitridnih nanocijeva igra presudnu ulogu kada je u pitanju naknadno prerađivanje BNNT-ova u polimere i druge funkcionalne materijale. Stoga je važna činjenica da sonication BNNTs u otapao ne samo da bi mogao odvojiti BNNTs pojedinačno, nego i skratiti bambus strukturiran BNNTs pod kontroliranim uvjetima. Skraćeni BNNT-i imaju mnogo manje šanse za unošenje tokom kompozicione pripreme. Lee at al. (2012) je pokazao da se dužine funkcionaliziranih BNNT-ova mogu efikasno skratiti od >10μm do ∼500nm ultrasonikacijama. Njihovi eksperimenti ukazuju da je efikasna ultrazvučna disperzija BNNT-a u rastvoru neophodna za takvo sečenje smanjenja i reznja veličine BNNT-a.

Ultrasonicators visokih performansi za BNNT obradu

Pametne osobine Hielscher ultrasonicatora dizajnirane su da garantuju pouzdan rad, reprodukcijljive ishode i user-friendlines. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birate putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog touch-display ekrana u boji i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, totalna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski snimaju na ugrađenoj SD-kartici. To vam omogućava da revidiraš i usporediš prethodne sonication runove i optimiziraš proces eksfoliacije i disperzije bor nitridnih nanocijeva i nanomaterijala sa najviše učinkovitosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za proizvodnju visokokvalitetne BNNTs. Hielscher industrijski ultrasonicators može lako pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom pogonu (24/7/365). Amplitute do 200μm mogu se lako kontinuirano generirati standardnim sonotrodama (ultrazvučnim sondama / rogovima). Za još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog njihove robusnosti i niskog održavanja, naši ultrazvučni sistemi za eksfoliaciju i disperziju su obično instalirani za teške aplikacije i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscher Ultrazvuk’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitute. Amplitute do 200μm mogu se lako kontinuirano pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Hielscherovi ultrazvučni procesori za disperziju i piling bor nitridnih nanotuba kao i CNT-ova i grafena već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Kontaktirajte nas sada kako bi razgovarali o vašem BNNT procesu proizvodnje! Našem dobro iskusnom osoblju bit će drago da podijelimo više informacija o procesu eksfoliacije, ultrazvučnim sistemima i cijenjenju!
Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: