Nanotrubiček bor nitritů – Exfoliované a rozptýlené pomocí ultrazvuku
Ultrazvuku úspěšně aplikuje na zpracování a disperzi nanotrubiček nitrinu bóru (BNNT). Vysoce intenzivní ultrazvuku poskytuje homogenní odmaření a distribuci v různých řešeních, a je tak klíčovou technikou zpracování pro začlenění BNNT do roztoků a matric.
Ultrazvukové zpracování borských nitrinových nanotrubiček
Pro začlenění nanotrubiček nitrinu bóru (BNNT) nebo nanostruktur nitrinu bóru (BNN), jako jsou nano listy a nanoribbony, do kapalných roztoků nebo polymerních matriček je nutná účinná a spolehlivá disperzní technika. Ultrazvuková disperze poskytuje potřebnou energii k exfoliaci, detangle, rozptýlení, disperzní a funkcionalizaci nanotrubiček nitrinu bóru a nanostruktur nitrinu bóru s vysokou účinností. Přesně kontrolovatelné parametry zpracování ultrazvuku s vysokou intenzitou (tj. energie, amplituda, čas, teplota a tlak) umožňují individuálně přizpůsobit podmínky zpracování cílenému cíli procesu. To znamená, že ultrazvuková intenzita může být upravena s ohledem na specifické složení (kvalita BNNT, rozpouštědlo, koncentrace pevné kapaliny atd.), čímž se dosáhne optimálních výsledků.

Ultrazvuková cesta k syntéze nanocupů nitritu bóru
(studium a grafika: Yu et al. 2012)
Aplikace ultrazvukového zpracování BNNT a BNN pokrývají celou škálu od homogenní disperze dvourozměrných nanostruktur nittridu bóru (2D-BNN) až po jejich funkcionalizaci a chemickou exfoliaci jednovrstvého šestiúhelníkového nitrinu bóru. Níže představujeme podrobnosti o ultrazvukové disperze, exfoliaci a funkcionalizaci BNNT a BNN.

Instalace ultrazvukových dispergátorů (2x UIP1000hdT) pro zpracování nanotrubiček nitrinu bóru v průmyslovém měřítku
Ultrazvuková disperze nanotrubiček Bor Nitride
Pokud se nanotrubice boru nitrinu (BNNT) používají k vyztužení polymerů nebo k syntéze nových materiálů, vyžaduje se rovnoměrná a spolehlivá disperze do matrice. Ultrazvukové dispergátory jsou široce používány k rozptýlení nanomateriálů, jako jsou CNT, kovové nanočástice, částice jádra a další typy nanočástic do druhé fáze.
Ultrazvuková disperze byla úspěšně aplikována na detangle a distribuovat BNNT rovnoměrně ve vodných a nevodných roztocích, včetně ethanolu, PVP ethanolu, ethanolu TX100 a různých polymerů (např. polyuretan).
Běžně používanou povrchově aktivní činidlo ke stabilizaci ultrazvukem připravené disperze BNNT je roztok dodecyl sulfátu sodného (SDS). Například 5 mg BNNTs jsou ultrazvukem rozptýleny v injekční lahvičce s 5 ml roztoku 1% wt. SDS pomocí ultrazvukového dispergátoru typu sondy, jako je UP200St (26kHz, 200W),
Vodná disperze BNNT pomocí ultrazvuku
Díky silným interakcím van der Waals a hydrofobnímu povrchu jsou nanotrubiče boru nitřídy špatně dispergovatelné ve vodních řešeních. K vyřešení těchto problémů použil Jeon et al. (2019) Pluronic P85 a F127, které mají jak hydrofilní skupiny, tak hydrofobní skupiny k funkcionalizaci BNNT pod ultrazvukem.

SEM obrazy kratších BNNT po různých trváních ultrazvuku. Jak je znázorněno, délky těchto BNNT se snižují se zvýšením kumulativní doby použití ultrazvuku.
(studie a obrázek: Lee et al. 2012)
Exfoliace nano listů nittridu bóru bez povrchově aktivních zařízení pomocí ultrazvuku
Lin et al. (2011) představují čistou metodu exfoliace a disperze šestiúhelníkové nitřídy bóru (h-BN). Šestiúhelníkový nitříd bóru je tradičně považován za nerozpustný ve vodě. Nicméně, byli schopni prokázat, že voda je účinná k exfoliaci vrstvené h-BN struktury pomocí ultrazvuku, tvořící "čisté" vodné disperze h-BN nano listů bez použití povrchově aktivních látek nebo organické funkcionalizace. Tento ultrazvukový exfoliační proces produkoval několik vrstev h-BN nano listy, stejně jako monovrstvé nanosheet a nanoribbon druhy. Většina nano listů měla sníženou boční velikost, což bylo přičítáno řezání mateřských listů h-BN vyvolaných hydrolýzou asistovanou ultrazvukem (potvrzenou výsledky testu amoniaku a spektroskopie). Ultrazvukem indukovaná hydrolýza také podporovala exfoliaci h-BN nano listů na pomoc s účinkem polarity rozpouštědla. Nano listy h-BN v těchto "čistých" vodných disperzích vykazovaly dobrou procesitelnost prostřednictvím metod řešení, které si zachovaly své fyzikální vlastnosti. Rozptýlené h-BN nano listy ve vodě také vykazovaly silnou afinitu k bílkovinám, jako je ferritin, což naznačuje, že povrchy nano listů byly k dispozici pro další biokonjugace.
Ultrazvuková redukce velikosti a řezání nanotrubiček Boron Nitride
Délka nanotrubiček bor dusidy hraje klíčovou roli při následném zpracování BNNT na polymery a další funkcionalizované materiály. Proto je důležitou skutečností, že sonikace BNNT v rozpouštědle mohla nejen individuálně oddělit BNNT, ale také zkrátit bambusové strukturované BNNT za kontrolovaných podmínek. Zkrácené BNNT mají mnohem nižší pravděpodobnost spojení během kompozitní přípravy. Lee v al. (2012) prokázal, že délky funkcionalizovaných BNNTs lze účinně zkrátit z >10μm na ∼500nm ultrazvukem. Jejich experimenty naznačují, že účinná ultrazvuková disperze BNNT v roztoku je nezbytná pro takové řezání BNNT redukce velikosti a řezání.

c Dobře dispergované mPEG- DSPE/BNNTs ve vodě po 2 hodinách použití ultrazvuku . d Schematický zástupce BNNT funkcionalizované molekulou mPEG-DSPE
(studie a obrázek: Lee et al. 2012)

Ultrazvuková homogenizátor UP400St pro rozptýlení nanotrubiček nitrinu bóru (BNNT)
Vysoce výkonné ultrasonicators pro zpracování BNNT
Inteligentní vlastnosti ultrasonicators Hielscher jsou navrženy tak, aby zaručily spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. Provozní nastavení lze snadno získat a vytočit pomocí intuitivní nabídky, ke které lze přistupovat prostřednictvím digitálního barevného dotykového displeje a dálkového ovládání prohlížeče. Proto jsou všechny podmínky zpracování, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenány na vestavěné SD kartě. To vám umožní revidovat a porovnat předchozí zvukové běhy a optimalizovat exfoliační a disperzní proces nanotrubiček a nanomateriálů boru nitrinu s nejvyšší účinností.
Hielscher Ultrazvukové systémy se používají po celém světě pro výrobu vysoce kvalitních BNNTs. Hielscher průmyslové ultrasonicators mohou snadno provozovat vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200μm lze snadno generovat se standardními sonárody (ultrazvukové sondy / rohy). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonorody. Díky své robustnosti a nízké údržbě jsou naše ultrazvukové exfoliační a disperzní systémy běžně instalovány pro náročné aplikace a v náročných prostředích.
Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.
Hielscher ultrazvukové procesory pro disperzi a exfoliaci nanotrubiček bor dusidů, stejně jako CNT a grafen jsou již instalovány po celém světě v komerčním měřítku. Kontaktujte nás nyní a prodiskutujte svůj výrobní proces BNNT! Naši zkušení zaměstnanci rádi sdělí více informací o procesu exfoliace, ultrazvukových systémech a cenách!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:
Hromadná dávka | průtok | Doporučené Devices |
---|---|---|
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000ml | 20 až 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
00,1 až 20L | 00,2 až 4 litry / min | UIP2000hdT |
10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
na | 10 až 100L / min | UIP16000 |
na | větší | hrozen UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
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.
Fakta Worth Knowing
Bor nitritové nanotrubiky a nanomateriály
Nanotrubiček boritý nitří nabízejí jedinečnou atomovou strukturu sestavenou z atomů bóru a dusíku uspořádaných v šestiúhelníkové síti. Tato struktura poskytuje BNNT řadu vynikajících vnitřních vlastností, jako je vynikající mechanická pevnost, vysoká tepelná vodivost, elektricky izolační chování, piezoelektrická vlastnost, schopnost neutronového stínění a oxidační odolnost. Mezeru v pásmu 5 eV lze také vyladit pomocí příčných elektrických polí, což bNNT zajímá pro elektronická zařízení. Kromě toho mají BNNT vysokou oxidační odolnost až do 800 °C, vykazují vynikající piezoelektričnost a mohou být dobrým materiálem pro skladování vodíku při pokojové teplotě.
BNNTs vs Grafen: BNNTs jsou strukturální analogy grafenu. Hlavním rozdílem mezi nanomateriály na bázi dusitidy bóru a jejich protějšky na bázi uhlíku je povaha vazeb mezi atomy. Vazba C-C v uhlíkových nanomateriálech má čistý kovalentní charakter, zatímco vazby B-N představují částečně iontový charakter díky e-párům v hybridizovaném B-N SP2. (viz Emanet et al. 2019)
BNNTs vs. Uhlíkové nanotrubice: Nanotrubice boru nitřídy (BNNT) vykazují podobnou trubkovou nanostrukturu jako uhlíkové nanotrubice (CNT), ve kterých jsou atomy bóru a dusíku uspořádány v šestiúhelníkové síti.
Xeny: Xeny jsou 2D, monoelementální nanomateriály. Prominentními příklady jsou borofen, gallenene, silicene, germanen, stanene, phosphoren, arsenen, antimonen, bismuthen, tellurene a selenene. Xenes mají mimořádné materiálové vlastnosti, které tak mají potenciál prolomit omezení týkající se praktických aplikací jiných 2D materiálů. Další informace o ultrazvukové exfoliaci xenů!

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.