Nanocevi bor nitrida – Eksfoliran i raspršen pomoću sonikacije
Ultrazvuk se uspješno primjenjuje na obradu i disperziju nanocijevi bor nitrida (BNNT). Sonikacija visokog intenziteta osigurava homogeno raspletanje i distribuciju u različitim otopinama i stoga je ključna tehnika obrade za ugradnju BNNT-a u otopine i matrice.
Ultrazvučna obrada nanocevi bor nitrida
Da bi se inkorporirale nanocijevi bor nitrida (BNNT) ili nanostrukture bor nitrida (BNN) kao što su nanoploče i nano trake u tečne otopine ili polimerne matrice, potrebna je efikasna i pouzdana tehnika disperzije. Ultrazvučna disperzija obezbeđuje potrebnu energiju za eksfolijaciju, raspetljavanje, dispergovanje i funkcionalizaciju nanocevi bor nitrida i nanostruktura bor nitrida sa visokom efikasnošću. Precizno kontrolisani parametri obrade ultrazvuka visokog intenziteta (tj. energija, amplituda, vreme, temperatura i pritisak) omogućavaju individualno prilagođavanje uslova obrade ciljanom cilju procesa. To znači da se ultrazvučni intenzitet može podesiti u odnosu na specifičnu formulaciju (kvalitet BNNT-a, rastvarač, koncentracija čvrsta-tečnost itd.), čime se dobijaju optimalni rezultati.
Ultrazvučni put za sintezu nanočašica bor nitrida
(studija i grafika: Yu et al. 2012)
Primene ultrazvučne obrade BNNT i BNN pokrivaju čitav opseg od homogene disperzije dvodimenzionalnih nanostruktura bor nitrida (2D-BNN), do njihove funkcionalizacije i hemijskog eksfolijacije jednoslojnog heksagonalnog bor nitrida. U nastavku predstavljamo detalje o ultrazvučnoj disperziji, pilingu i funkcionalizaciji BNNT-a i BNN-a.
Ugradnja ultrazvučnih disperzatora (2x UIP1000hdT) za preradu nanocijevi bor nitrida u industrijskim razmjerima
Ultrazvučna disperzija nanocevi bor nitrida
Kada se nanocijevi bor nitrida (BNNT) koriste za ojačavanje polimera ili za sintetizaciju novih materijala, potrebna je uniformna i pouzdana disperzija u matrici. Ultrazvučni disperzatori se široko koriste za raspršivanje nano materijala kao što su CNT, metalne nanočestice, čestice jezgra-ljuske i druge vrste nano čestica u drugu fazu.
Ultrazvučna disperzija je uspješno primijenjena za raspetljavanje i ravnomjernu distribuciju BNNT-a u vodenim i nevodenim otopinama uključujući etanol, PVP etanol, TX100 etanol kao i razne polimere (npr. poliuretan).
Uobičajeni surfaktant za stabilizaciju ultrazvučno pripremljene BNNT disperzije je otopina natrijum dodecil sulfata (SDS) od 1 tež. Na primjer, 5 mg BNNT-a se ultrazvučno raspršuje u bočici sa 5 mL 1% tež. SDS rješenje korištenjem ultrazvučnog disperzatora tipa sonde kao što je UP200St (26kHz, 200W).
Vodena disperzija BNNT-a pomoću ultrazvuka
Zbog jakih van der Waalsovih interakcija i hidrofobne površine, nanocijevi bor nitrida se slabo dispergiraju u otopinama na bazi vode. Da bi riješili ove probleme, Jeon et al. (2019) koristili su Pluronic P85 i F127, koji imaju i hidrofilne i hidrofobne grupe za funkcionalizaciju BNNT-a pod ultrazvučnom obradom.
SEM slike skraćenih BNNT nakon različitih trajanja sonikacije. Kao što je prikazano, dužine ovih BNNT-ova smanjuju se s povećanjem kumulativnog trajanja sonikacije.
(studija i slika: Lee et al. 2012)
Piling nano ploča bor nitrida bez površinski aktivnih tvari korištenjem ultrazvuka
Lin et al. (2011) predstavljaju čistu metodu pilinga i disperzije heksagonalnog bor nitrida (h-BN). Tradicionalno se smatra da je heksagonalni bor nitrid nerastvorljiv u vodi. Međutim, uspjeli su pokazati da je voda efikasna za eksfolijaciju slojevitih h-BN struktura korištenjem ultrazvuka, formirajući "čiste" vodene disperzije h-BN nano listova bez upotrebe surfaktanata ili organske funkcionalizacije. Ovaj proces ultrazvučnog pilinga proizveo je nekoliko slojeva h-BN nanolistova, kao i jednoslojnih nanolistova i nanoribbon vrsta. Većina nano listova je bila smanjenih bočnih veličina, što se pripisuje rezanju matičnih h-BN listova izazvanim hidrolizom uz pomoć ultrazvuka (potkrijepljeno testom amonijaka i rezultatima spektroskopije). Ultrazvučno indukovana hidroliza je također promovirala ljuštenje h-BN nano ploča kao pomoć polarnom efektu rastvarača. h-BN nanolistovi u ovim „čistim“ vodenim disperzijama pokazali su dobru obradivost pomoću metoda rastvora zadržavajući svoje fizičke karakteristike. Raspršene h-BN nanoploče u vodi također su pokazale jak afinitet prema proteinima kao što je feritin, što sugerira da su površine nanolistova bile dostupne za daljnje bio-konjugacije.
Ultrazvučno smanjenje veličine i rezanje nanocevi bor nitrida
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.
(c) Dobro dispergovani mPEG-DSPE/BNNT u vodi (nakon 2 h sonikacije). (d) Šematski predstavnik BNNT funkcionaliziranog mPEG-DSPE molekulom
(studija i slika: Lee et al. 2012)
ultrazvučni homogenizator UP400St za disperziju nanocevi bor nitrida (BNNT)
Ultrasonikatori visokih performansi za BNNT obradu
Pametne karakteristike Hielscher ultrasonicatora su dizajnirane da garantuju pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost za korišćenje. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birati ih putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog dodirnog ekrana u boji i daljinskog upravljača pretraživača. Stoga se svi uvjeti obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski snimaju na ugrađenu SD karticu. Ovo vam omogućava da revidirate i uporedite prethodne serije sonikacije i da optimizirate proces pilinga i disperzije nanocijevi i nanomaterijala bor nitrida do najveće efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih BNNT-ova. Hielscher industrijski ultrasonicatori mogu lako pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano generirati sa standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde/trube). Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja, naši ultrazvučni sistemi za piling i disperziju obično se instaliraju za teške primjene i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Hielscher ultrazvučni procesori za disperziju i eksfolijaciju nanocijevi bor nitrida, kao i CNT-a i grafena, već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Kontaktirajte nas sada da razgovaramo o vašem BNNT proizvodnom procesu! Naše iskusno osoblje će rado podijeliti više informacija o procesu pilinga, ultrazvučnim sistemima i cijenama!
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Nanocijevi i nanomaterijali bor nitrida
Nanocijevi bor nitrida nude jedinstvenu atomsku strukturu sastavljenu od atoma bora i dušika raspoređenih u heksagonalnu mrežu. Ova struktura daje BNNT-u brojna izvrsna intrinzična svojstva kao što su superiorna mehanička čvrstoća, visoka toplotna provodljivost, električno izolaciono ponašanje, piezoelektrična svojstva, sposobnost zaštite od neutrona i otpornost na oksidaciju. Pojasni razmak od 5 eV se također može podesiti korištenjem poprečnih električnih polja, što BNNT čini zanimljivim za elektronske uređaje. Dodatno, BNNT imaju visoku otpornost na oksidaciju do 800°C, pokazuju odličnu piezoelektričnost i mogu biti dobar materijal za skladištenje vodonika na sobnoj temperaturi.
BNNT protiv grafena: BNNT su strukturni analozi grafena. Glavna razlika između nanomaterijala na bazi bor nitrida i njihovih kolega na bazi ugljika je priroda veza između atoma. Veza CC u ugljeničnim nanomaterijalima ima čisti kovalentni karakter, dok BN veze imaju delimično jonski karakter zbog e-parova u sp2 hibridizovanom BN. (usp. Emanet et al. 2019.)
BNNT u odnosu na ugljične nanocijevi: Nanocijevi od bora nitrida (BNNT) pokazuju sličnu cijevnu nanostrukturu kao ugljične nanocijevi (CNT) u kojima su atomi bora i dušika raspoređeni u heksagonalnu mrežu.
Kseni: Kseni su 2D, monoelementni nanomaterijali. Istaknuti primjeri su borofen, galen, silicen, germanen, stanen, fosforen, arsenen, antimonen, bizmuten, teluren i selenen. Kseni imaju izvanredna svojstva materijala, koja na taj način imaju potencijal da probiju ograničenja u pogledu praktične primjene drugih 2D materijala. Saznajte više o ultrazvučnom pilingu ksena!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.