Bornitrid nanorør – Eksfolieret og dispergeret ved hjælp af sonikering

Ultralydbehandling anvendes med succes til behandling og spredning af bornitrid nanorør (BNNT'er). Højintensitets sonikering giver homogen udfiltring og distribution i forskellige opløsninger og er derved en afgørende behandlingsteknik til at inkorporere BNNT'er i opløsninger og matricer.

Ultralydsbehandling af bornitrid nanorør

For at inkorporere bornitrid-nanorør (BNNT'er) eller bornitrid-nanostrukturer (BNN'er) såsom nanoark og nanobånd i flydende opløsninger eller polymere matricer kræves en effektiv og pålidelig dispersionsteknik. Ultralydsdispersion giver den nødvendige energi til at eksfoliere, udglatte, sprede og funktionalisere bornitrid nanorør og bornitrid nanostrukturer med høj effektivitet. De præcist kontrollerbare behandlingsparametre for ultralyd med høj intensitet (dvs. energi, amplitude, tid, temperatur og tryk) gør det muligt individuelt at justere behandlingsbetingelserne til det målrettede procesmål. Dette betyder, at ultralydsintensiteten kan justeres i forhold til den specifikke formulering (kvaliteten af BNNT'er, opløsningsmiddel, fast-væske-koncentration osv.), Derved opnås optimale resultater.

Anvendelserne af ultralyds-BNNT- og BNN-behandling dækker hele spektret fra den homogene dispersion af todimensionelle bornitrid-nanostrukturer (2D-BNN'er) til deres funktionalisering og kemiske eksfoliering af mono-lag sekskantet bornitrid. Nedenfor præsenterer vi detaljerne om ultralydsdispersion, eksfoliering og funktionalisering af BNNT'er og BNN'er.

Ultralydsdispersion af bornitrid nanorør

Når bornitrid nanorør (BNNT'er) bruges til at forstærke polymerer eller til at syntetisere nye materialer, kræves en ensartet og pålidelig dispersion i matrixen. Ultralydsdispergeringsmidler bruges i vid udstrækning til at sprede nanomaterialer såsom CNT'er, metalliske nanopartikler, kerneskalpartikler og andre typer nanopartikler i en anden fase.
Ultralydsdispersion er med succes blevet anvendt til at løsne og distribuere BNNT'er ensartet i vandige og ikke-vandige opløsninger, herunder ethanol, PVP-ethanol, TX100-ethanol samt forskellige polymerer (f.eks. Polyurethan).
Et almindeligt anvendt overfladeaktivt middel til at stabilisere en ultralydsfremstillet BNNT-dispersion er en 1% vægtprocent natriumdodecylsulfat (SDS) opløsning. For eksempel dispergeres 5 mg BNNT'er ultralydsdispergeret i et hætteglas med 5 ml 1% vægt. SDS-opløsning ved hjælp af en ultralydssonde-type dispergerer såsom UP200St (26kHz, 200W).

Vandig spredning af BNNT'er ved hjælp af ultralyd

På grund af deres stærke van der Waals-interaktioner og hydrofobe overflade er bornitrid-nanorør dårligt dispergerbare i vandbaserede opløsninger. For at løse disse problemer, Jeon et al. (2019) brugte Pluronic P85 og F127, som har både hydrofile grupper og hydrofobe grupper til at funktionalisere BNNT under sonikering.

Overfladeaktivt middelfri eksfoliering af bornitrid nanoplader ved hjælp af sonikering

Lin et al. (2011) præsenterer en ren metode til eksfoliering og dispersion af sekskantet bornitrid (h-BN). Sekskantet bornitrid anses traditionelt for at være uopløseligt i vand. Imidlertid var de i stand til at demonstrere, at vand er effektivt til at eksfoliere de lagdelte h-BN-strukturer ved hjælp af ultralydbehandling og danne "rene" vandige dispersioner af h-BN nanoplader uden brug af overfladeaktive stoffer eller organisk funktionalisering. Denne ultralydseksfolieringsproces producerede fålags h-BN nanoark samt monolagede nanoark og nanobåndarter. De fleste nanoark var af reducerede laterale størrelser, hvilket blev tilskrevet skæring af forældre h-BN-plader induceret af den sonikeringsassisterede hydrolyse (bekræftet af ammoniaktesten og spektroskopiresultaterne). Den ultralydsinducerede hydrolyse fremmede også eksfoliering af h-BN nanoark for at hjælpe opløsningsmidlets polaritetseffekt. H-BN nanoarkene i disse "rene" vandige dispersioner udviste god bearbejdningsevne via opløsningsmetoder, der bevarede deres fysiske egenskaber. De dispergerede h-BN nanoark i vand udviste også stærk affinitet over for proteiner såsom ferritin, hvilket tyder på, at nanoarkoverfladerne var tilgængelige for yderligere biokonjugationer.

Den sono-mekaniske dispersionsmetode ved hjælp af ultralydskavitation og forskydningskræfter er en rent fysisk blandingsmetode, som har vist sig at være i stand til at adskille BNNT'er og stabilisere individuelle BNNT'er, samtidig med at deres integritet og iboende egenskaber bevares. Ved anvendelse af passende ultralydsenergi (Ws / ml), dvs. justeret amplitude og sonikeringsvarighed, kan ultralydsdispersion løsne og sprede BNNTS ensartet. Højere amplituder og længere sonikering kan anvendes, hvis længden af bornitrid-nanorørene skal reduceres. Læs mere om ultralydsstørrelsesreduktion og længdeskæring af BNNT'er i næste afsnit.

Ultralydsstørrelsesreduktion og skæring af bornitrid nanorør

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.

Højtydende ultralydapparater til BNNT-behandling

De smarte funktioner i Hielscher ultralydapparater er designet til at garantere pålidelig drift, reproducerbare resultater og brugervenlighed. Driftsindstillinger kan nemt tilgås og indstilles via en intuitiv menu, som kan tilgås via digitalt farveberøringsdisplay og browserfjernbetjening. Derfor registreres alle bearbejdningsforhold som nettoenergi, total energi, amplitude, tid, tryk og temperatur automatisk på et indbygget SD-kort. Dette giver dig mulighed for at revidere og sammenligne tidligere sonikeringskørsler og optimere eksfolierings- og dispersionsprocessen af bornitrid nanorør og nanomaterialer til højeste effektivitet.
Hielscher Ultralydssystemer bruges over hele verden til fremstilling af BNNT'er af høj kvalitet. Hielscher industrielle ultralydapparater kan let køre høje amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på op til 200 μm kan let genereres kontinuerligt med standard sonotroder (ultralydssonder / horn). For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. På grund af deres robusthed og lave vedligeholdelse installeres vores ultralydseksfolierings- og dispersionssystemer almindeligvis til tunge applikationer og i krævende miljøer.
Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige.
Hielscher ultralydsprocessorer til dispersion og eksfoliering af bornitrid nanorør samt CNT'er og grafen er allerede installeret over hele verden i kommerciel skala. Kontakt os nu for at diskutere din BNNT-fremstillingsproces! Vores erfarne personale vil med glæde dele mere information om eksfolieringsprocessen, ultralydssystemer og priser!
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: