Ultrazvuková syntéza borofenu v průmyslovém měřítku

Borofen, dvourozměrný nanostrukturovaný derivát boru, může být účinně syntetizován pomocí snadné a levné ultrazvukové exfoliace. Ultrazvuková exfoliace v kapalné fázi může být použita k výrobě velkého množství vysoce kvalitních nanolistů borofenu. Ultrazvuková exfoliační technika je široce používána k výrobě 2D nanomateriálů (např. Grafen) a je dobře známá svými výhodami vysoce kvalitních nanolistů, vysokými výtěžky, rychlým a snadným provozem a celkovou účinností.

Ultrazvuková exfoliační metoda pro přípravu borofenu

Ultrazvukové sondy jsou upřednostňovanou metodou pro účinnou exfoliaci borofenu.Ultrazvukem řízená exfoliace kapalné fáze je široce používána k přípravě 2D nanolistů z různých hromadných prekurzorů, včetně grafitu (grafenu), boru (borofenu) mimo jiné. Ve srovnání s chemickou exfoliační technikou je ultrazvukem asistovaná exfoliace v kapalné fázi považována za slibnější strategii přípravy 0D a 2D nanostruktur, jako jsou kvantové tečky boru (BQD) a borofen. (srov. Wang a kol., 2021)
Schéma vlevo ukazuje ultrazvukový nízkoteplotní proces exfoliace kapaliny 2D s několika vrstvami borofenových listů. (Studie a obrázek: ©Lin et al., 2021.)

Žádost o informace





Ultrazvukový reaktor pro exfoliaci borofenu ve velkém měřítku. Reaktor z nerezové oceli je vybaven výkonným průmyslovým 2000 wattovým ultrasonicator (20kHz).

Sonochemický reaktor vybavený 2000 wattů průmyslový ultrazvukový procesor UIP2000hdT pro rozsáhlou exfoliaci borofenu.

Případové studie ultrazvukové exfoliace borofenu

Exfoliace a delaminace pomocí výkonového ultrazvuku v procesu kapalné fáze byla široce studována a úspěšně aplikována na borofen a další deriváty boru, jako jsou kvantové tečky boru, nitrid boru nebo diborid hořečnatý.

α-Borofen

Ve studii provedené Göktunou a Taşaltınem (2021) byl α borofen připraven pomocí snadné a levné ultrazvukové exfoliace. Ultrazvukem syntetizované borofenové nanolisty vykazují α krystalickou strukturu borofenu.
Protokol: 100 mg mikročástic boru bylo sonikováno ve 100 ml DMF při 200 W (např. pomocí UP200St s S26d14) po dobu 4h v dusíku (N2) kabina s řízeným průtokem, aby se zabránilo oxidaci během ultrazvukového procesu exfoliace v kapalné fázi. Roztok exfoliovaných částic boru byl odstředěn při 5000 ot / min a 12 000 ot / min po dobu 15 minut, poté byl borofen pečlivě shromážděn a sušen ve vakuovém prostředí po dobu 4 hodin při 50 ° C. (srov. Göktuna a Taşaltın, 2021)

Procesní kroky exfoliace borofenu pomocí ultrazvukové delaminační techniky

Schematické znázornění borofenu s několika vrstvami odlupovanými ultrazvukem asistovaným procesem solvotermální léčby.
Studie a obrázek: ©Zhang et al., 2020

Borofen s několika vrstvami

Zhang et al. (2020) hlásí techniku exfoliace acetonové solvotermální kapalné fáze, která umožňuje výrobu vysoce kvalitního borofenu s velkou horizontální velikostí. Pomocí bobtnajícího účinku acetonu byl prekurzor borového prášku nejprve navlačen acetonem. Poté byl navlačený prekurzor boru dále solvotermálně ošetřen acetonem při 200 ° C, následovaný sonikací se sonátorem typu sondy při 225 W po dobu 4 hodin. Nakonec byl získán Borofen s několika vrstvami boru a horizontální velikostí až 5,05 mm. Technika exfoliace kapalné fáze s acetonovou solvotermální asistencí lze použít k přípravě bórových nanolistů s velkými horizontálními rozměry a vysokou kvalitou. (srov. Zhang et al., 2020)
Když je XRD vzor ultrazvukem exfoliovaného borofenu porovnán s hromadným prekurzorem boru, lze pozorovat podobný vzor XRD. Většina hlavních difrakčních píků může být indexována na b-kosočtvereční bór, což naznačuje, že krystalická struktura je téměř zachována před a po exfoliační léčbě.

Ultrazvukem exfoliovaný borofen

SEM snímky s nízkým rozlišením (a) a vysokým rozlišením (b) borofenu s několika vrstvami získanými ultrazvukem asistovanou solvotermální exfoliací v acetonu
Studie a obrázek: ©Zhang et al., 2020

Ultrazvukový exfoliační proces borofenu zachovává svou krystalickou strukturu.

XRD vzory (a) a Ramanova spektra (b) neošetřeného objemového boru a borofenu s několika vrstvami získanými ultrazvukovou asistovanou solvotermální exfoliací.
Studie a obrázek: ©Zhang et al., 2020

Sonochemická syntéza bórových kvantových tesek

Hao et al. (2020) úspěšně připravili rozsáhlé a rovnoměrné krystalické polovodičové kvantové tečky boru (BQD) z expandovaného borového prášku v acetonitrilu, vysoce polárním organickém rozpouštědle, pomocí výkonného ultrasonicatoru typu sondy (např. UP400St, UIP500hdT nebo UIP1000hdT). Syntetizované bórové kvantové tečky s boční velikostí 2,46 ±0,4 nm a tloušťkou 2,81 ±0,5 nm.
Protokol: V typickém přípravku bórových kvantových teček bylo nejprve přidáno 30 mg borového prášku do tříkrevné baňky a poté bylo do láhve přidáno 15 ml acetonitrilu před ultrazvukovým procesem. Exfoliace byla provedena při výstupním výkonu 400 W (např. pomocí UIP500hdT), frekvence 20kHz a ultrazvukový čas 60 min. Aby se zabránilo přehřátí roztoku během ultrazvuku, bylo použito chlazení pomocí ledové lázně nebo laboratorního chladiče pro konstantní teplotu. Výsledný roztok byl odstřeďován při 1500 ot./min po dobu 60 minut. Supernatant obsahující kvantové tečky boru byl extrahován jemně. Všechny experimenty byly prováděny při pokojové teplotě. (srov. Hao et al., 2020)
Ve studii Wang et al. (2021) výzkumník připravuje bórové kvantové tečky pomocí ultrazvukové techniky exfoliace kapalné fáze. Získali monodispergovanou bórovou kvantovou tečku s úzkým rozložením velikosti, vynikající dispergovatelností, vysokou stabilitou v roztoku IPA a dvoufotografickou fluorescencí.

Ultrazvukem syntetizované bórové kvantové tečky.

TEM obrazy a odpovídající distribuce průměru BQD připravené za různých ultrazvukových podmínek. a) TEM obraz BQD-2 syntetizovaný při 400 W pro 2 h. b) TEM obraz BQD-3 syntetizovaný při 550 W pro 1 h. c) TEM obraz BQD-3 syntetizovaný při 400 W pro 4 h. d) Průměr rozložení kvantových teek získaných z (a). e) Rozdělení průměru kvantových tečk získaných z písmene b). f) Rozdělení průměru kvantových teek získaných z (c).
Studie a obrázek: ©Hao et al., 2020

Ultrazvuková exfoliace nanolistů diboridu hořečnatého

Proces exfoliace byl proveden pozastavením 450 mg diboridu hořečnatého
(MgB2) prášek (cca. 100 velikost ok / 149 mikronů) ve 150 ml vody a vystavení ultrazvuku po dobu 30 minut. Ultrazvuková exfoliace může být provedena pomocí ultrazvukového sondového typu, jako je Uf200 ः t nebo UP400St s amplitudou 30% a cyklickým režimem 10sec zapnutí/vypnutí pulzů. Ultrazvuková exfoliace má za následek tmavě černou suspenzi. Černá barva může být přičítána barvě nedotčeného prášku MgB2.

Video ukazuje vysoce účinný rozptyl sazí. Použitý ultrazvukový procesor je Hielscher UP200St ultrasonicator, který je ideální pro přípravu malých až středně velkých šarží vysoce kvalitních disperzí. Pro velké objemy, Hielscher Ultrasonics dodává průmyslové ultrazvukové systémy pro kontinuální inline disperze.

Ultrasonicator UP200St (200W) dispergující sazí ve vodě pomocí 1% wt Tween80 jako povrchově aktivní látky

Žádost o informace





Ultrazvuková exfoliace grafenu ve vodě

Vysokorychlostní sekvence (od a do f) snímků znázorňujících sonomechanickou exfoliaci grafitové vločky ve vodě pomocí UP200S, 200W ultrasonicator s 3mm sonotrodou. Šipky ukazují místo štěpení (exfoliace) s kavitačními bublinami pronikajícími do štěpení.
© Tyurnina et al. 2020

Výkonné ultrasonicators pro exfoliaci borofenu v jakémkoli měřítku

Hielscher ultrasonicators mohou být dálkově ovládány pomocí ovládání prohlížeče. Parametry sonikace lze sledovat a přesně přizpůsobit požadavkům procesu.Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje robustní a spolehlivé ultrasonicators v jakékoli velikosti. Od kompaktních laboratorních ultrazvukových zařízení až po průmyslové ultrazvukové sondy a reaktory, Hielscher má ideální ultrazvukový systém pro váš proces. S dlouholetými zkušenostmi v aplikacích, jako je syntéza a disperze nanomateriálů, vám náš dobře vyškolený personál doporučí nejvhodnější nastavení pro požadavky na ypour. Hielscher průmyslové ultrazvukové procesory jsou známé jako spolehlivé pracovní koně v průmyslových zařízeních. Schopné dodávat velmi vysoké amplitudy, Hielscher ultrasonicators jsou ideální pro vysoce výkonné aplikace, jako je borofen nebo grafen exfoliace, stejně jako nanomateriálové disperze. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24 hodin u 7 7 00 00 00 00 00 μm. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.
Všechna zařízení jsou navržena a vyrobena v naší centrále v Německu. Před dodáním zákazníkovi je každé ultrazvukové zařízení pečlivě testováno při plném zatížení. Usilujeme o spokojenost zákazníků a naše výroba je strukturována tak, aby splňovala nejvyšší záruku kvality (např. certifikace ISO).

Proto Hielscher Ultrazvuk?

  • vysoká účinnost
  • Nejmodernější technologie
  • spolehlivost & robustnost
  • várka & v souladu
  • pro jakýkoli svazek
  • inteligentní software
  • inteligentní funkce (např. protokolování dat)
  • CIP (čisté na místě)

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!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Ultrazvukové homogenizátory s vysokým smykem se používají v laboratorních, stolních, pilotních a průmyslových zpracováních.

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.



Literatura / Reference

Fakta Worth Knowing

Borofen

Borofen je krystalická atomová monovrstva boru, tj. je to dvourozměrný alotrop boru (nazývaný také bórový nanosheet). Jeho jedinečné fyzikální a chemické vlastnosti mění borofen na cenný materiál pro četné průmyslové aplikace.
Výjimečné fyzikální a chemické vlastnosti Borophenu zahrnují jedinečné mechanické, tepelné, elektronické, optické a supravodivé aspekty.
To otevírá možnosti použití borofenu pro aplikace v iontových bateriích alkalických kovů, Li-S bateriích, skladování vodíku, superkondenzátoru, redukci a evoluci kyslíku, stejně jako elektroredukční reakci CO2. Zvláště velký zájem je o borofen jako anodový materiál pro baterie a jako materiál pro skladování vodíku. Vzhledem k vysokým teoretickým specifickým kapacitám, elektronické vodivosti a iontovým transportní vlastnostem se borofen kvalifikuje jako skvělý anodový materiál pro baterie. Vzhledem k vysoké adsorpční kapacitě vodíku na borofen nabízí velký potenciál pro skladování vodíku – s kapacitou stroage nad 15 % své hmotnosti.

Borofen pro skladování vodíku

Dvourozměrné (2D) materiály na bázi bóru získávají velkou pozornost jako paměťová média H2 kvůli nízké atomové hmotnosti boru a stabilitě zdobení alkalických kovů na povrchu, což zvyšuje interakce s H2. Dvourozměrné borofenové nanolisty, které lze snadno syntetizovat pomocí ultrazvukové exfoliace v kapalné fázi, jak je popsáno výše, prokázaly dobrou afinitu k různým atomům zdobícím kovy, ve kterých může dojít ke shlukování atomů kovů. Použitím různých kovových dekorací, jako jsou Li, Na, Ca a Ti na různých borofenových polymorfech, byly získány působivé gravimetrické hustoty H2 v rozmezí od 6 do 15 wt%, což překračuje požadavek amerického ministerstva energetiky (DOE) na palubní skladování 6,5wt% H2. (srov. Habibi et al., 2021)


Vysoce výkonný ultrazvuk! Hielscherův sortiment pokrývá celé spektrum od kompaktního laboratorního ultrasonicatoru přes bench-top jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

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