Nanotrubice z nitridu boru – Exfoliované a dispergované pomocí ultrazvuku

Ultrazvuku se úspěšně aplikuje na zpracování a disperzi nanotrubic z nitridu boru (BNNT). Vysoce intenzivní sonikace poskytuje homogenní rozmotávání a distribuci v různých roztocích a je tak klíčovou technikou zpracování pro začlenění BNNT do roztoků a matric.

Ultrazvukové zpracování nanotrubic z nitridu boru

Aby bylo možné začlenit nanotrubice z nitridu boru (BNNT) nebo nanostruktury nitridu boru (BNN), jako jsou nanovrstvy a nanopásky, do kapalných roztoků nebo polymerních matric, je nutná účinná a spolehlivá disperzní technika. Ultrazvuková disperze poskytuje potřebnou energii pro odlupování, rozčesávání, dispergaci a funkcionalizaci nanotrubic nitridu boru a nanostruktur nitridu boru s vysokou účinností. Přesně regulovatelné parametry zpracování ultrazvuku s vysokou intenzitou (tj. energie, amplituda, čas, teplota a tlak) umožňují individuálně přizpůsobit podmínky zpracování cílovému cíli procesu. To znamená, že ultrazvuková intenzita může být upravena s ohledem na konkrétní složení (kvalita BNNT, rozpouštědlo, koncentrace pevná látka-kapalina atd.), čímž se dosáhne optimálních výsledků.

Aplikace ultrazvukového zpracování BNNT a BNN pokrývají celou škálu od homogenní disperze dvourozměrných nanostruktur nitridu bóru (2D-BNN) až po jejich funkcionalizaci a chemickou exfoliaci jednovrstvého hexagonálního nitridu boru. Níže uvádíme podrobnosti o ultrazvukové disperzi, exfoliaci a funkcionalizaci BNNT a BNN.

Ultrazvuková disperze nanotrubic nitridu boru

Pokud se nanotrubice z nitridu boru (BNNT) používají k vyztužení polymerů nebo k syntéze nových materiálů, je vyžadována rovnoměrná a spolehlivá disperze do matrice. Ultrazvukové dispergátory jsou široce používány k disperzi nanomateriálů, jako jsou CNT, kovové nanočástice, částice jádra-obal a další typy nanočástic do druhé fáze.
Ultrazvuková disperze byla úspěšně použita k rovnoměrnému rozpletení a distribuci BNNT ve vodných a nevodných roztocích včetně ethanolu, ethanolu PVP, etanolu TX100 a také různých polymerů (např. polyuretanu).
Běžně používanou povrchově aktivní látkou ke stabilizaci ultrazvukem připravené disperze BNNT je roztok dodecylsulfátu sodného (SDS) 1% hmotn. Například 5 mg BNNT jsou ultrazvukem dispergovány v lahvičce s 5 ml 1% hm. Roztok SDS pomocí ultrazvukového dispergátoru typu sondy, jako je UP200St (26kHz, 200W).

Vodná disperze BNNT pomocí ultrazvuku

Díky svým silným van der Waalsovým interakcím a hydrofobnímu povrchu jsou nanotrubice z nitridu boru špatně dispergovatelné ve vodných roztocích. K vyřešení těchto problémů Jeon et al. (2019) použili pluronové P85 a F127, které mají jak hydrofilní skupiny, tak hydrofobní skupiny k funkcionalizaci BNNT při sonikaci.

Exfoliace nanolistů z nitridu boru bez povrchově aktivních látek pomocí sonikace

Lin et al. (2011) představují čistou metodu exfoliace a disperze hexagonálního nitridu boru (h-BN). Hexagonální nitrid boru je tradičně považován za nerozpustný ve vodě. Podařilo se jim však prokázat, že voda je účinná při odlupování vrstvených struktur h-BN pomocí ultrazvuku a vytváření "čistých" vodných disperzí nanovrstev h-BN bez použití povrchově aktivních látek nebo organické funkcionalizace. Tento ultrazvukový exfoliační proces produkoval několikavrstvé nanovrstvy h-BN a také jednovrstvé nanovrstvy a nanopásky. Většina nanovrstev měla snížené boční velikosti, což bylo přičítáno řezání mateřských listů h-BN vyvolanému hydrolýzou asistovanou sonikací (potvrzeno testem amoniaku a výsledky spektroskopie). Ultrazvukem indukovaná hydrolýza také podporovala exfoliaci nanovrstev h-BN na podporu polaritního efektu rozpouštědla. Nanovrstvy h-BN v těchto "čistých" vodných disperzích vykazovaly dobrou zpracovatelnost pomocí roztokových metod, které si zachovaly své fyzikální vlastnosti. Dispergované nanovrstvy h-BN ve vodě také vykazovaly silnou afinitu k proteinům, jako je feritin, což naznačuje, že povrchy nanovrstev byly k dispozici pro další biokonjugace.

Sonomechanická disperzní metoda využívající ultrazvukové kavitace a smykové síly je čistě fyzikální přístup k míchání, u kterého bylo prokázáno, že je schopen oddělit BNNT a stabilizovat jednotlivé BNNT při zachování jejich integrity a vnitřních vlastností. Použitím vhodné ultrazvukové energie (Ws / ml), tj. upravené amplitudy a doby trvání sonikace, může ultrazvuková disperze rovnoměrně rozplést a rozptýlit BNNTS. Vyšší amplitudy a delší sonikace mohou být použity, pokud by měla být snížena délka nanotrubic z nitridu boru. Přečtěte si více o ultrazvukovém zmenšování velikosti a řezání délky BNNT v další části.

Ultrazvuková redukce velikosti a řezání nanotrubiček z nitridu boru

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.

Vysoce výkonné ultrasonicators pro zpracování BNNT

Inteligentní funkce Hielscher ultrasonicators jsou navrženy tak, aby zaručovaly spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. K provozním nastavením lze snadno přistupovat a vytáčet je prostřednictvím intuitivního menu, ke kterému lze přistupovat pomocí digitálního barevného dotykového displeje a dálkového ovládání prohlížeče. Proto se všechny podmínky zpracování, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávají na vestavěnou SD kartu. To vám umožní revidovat a porovnat předchozí běhy sonikace a optimalizovat proces exfoliace a disperze nanotrubic nitridu boru a nanomateriálů s nejvyšší účinností.
Hielscher Ultrazvukové systémy se používají po celém světě pro výrobu vysoce kvalitních BNNT. Hielscher průmyslové ultrasonicators mohou snadno provozovat vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200 μm lze snadno kontinuálně generovat pomocí standardních sonotrod (ultrazvukové sondy / rohy). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Díky své robustnosti a nízké údržbě se naše ultrazvukové exfoliační a disperzní systémy běžně instalují pro náročné aplikace a v náročných prostředích.
Hielscher Ultrasonics’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.
Hielscher ultrazvukové procesory pro disperzi a exfoliaci nanotrubic z nitridu boru, stejně jako CNT a grafenu, jsou již instalovány po celém světě v komerčním měřítku. Kontaktujte nás nyní a prodiskutujte svůj výrobní proces BNNT! Náš zkušený personál se s vámi rád podělí o více informací o procesu exfoliace, ultrazvukových systémech a cenách!
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: