Ultralyd eksfoliering af Xenes

Xenes er 2D monoelementale nanomaterialer med ekstraordinære egenskaber såsom meget højt overfladeareal, anisotropiske fysiske / kemiske egenskaber, herunder overlegen elektrisk ledningsevne eller trækstyrke. Ultralyd eksfoliering eller delaminering er en effektiv og pålidelig teknik til at producere enkeltlags 2D nanoark fra lagdelte forstadier materialer. Ultralyd eksfoliering er allerede etableret til produktion af xenes nanoark af høj kvalitet i industriel skala.

Xenes – Monolag nanostrukturer

Ultralyd eksfolieret boropheneXenes er monolayer (2D), monoelementale nanomaterialer, som har en grafenlignende struktur, intralag kovalent binding og svage van der Waals kræfter mellem lag. Eksempler på materialer, som er en del af xenes klassen er borophene, silicen, germanene, stanene, fosfor (sort fosfor), arsenen, bismuthene og tellurene og antimonen. På grund af deres enkeltlags 2D-struktur er xenes nanomaterialer charcterized af en meget stor overflade samt forbedrede kemiske og fysiske reaktivering. Disse strukturelle egenskaber giver xenes nanomaterialer imponerende fotoniske, katalytiske, magnetiske og elektroniske egenskaber og gør disse nanostrukturer meget interessante for mange industrielle applikationer. Billedet til venstre viser SEM billeder af ultralyd eksfolieret borophene.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralydsreaktor til industriel eksfoliering af 2D nanoark som xenes (f.eks. borophene, silicen, germanene, stanen, fosfor (sort fosfor), arsenen, bismuthene og tellurene og antimonen).

Reaktor med 2000 watt ultralydsprocessor UIP2000hdT til storstilet eksfoliering af xenes nanoark.

Produktion af Xenes Nanomaterialer ved hjælp af ultralyds delaminering

Flydende eksfoliering af lagdelte nanomaterialer: Enkeltlags 2D nanoark er fremstillet af uorganiske materialer med lagdelte strukturer (f.eks. grafit), der består af løst stablede værtslag, der viser lag-til-lag galleriudvidelse eller hævelse ved intercalation af visse ioner og / eller opløsningsmidler. Eksfoliering, hvor den lagdelte fase er spaltet i nanoark, ledsager typisk hævelsen på grund af de hurtigt svækkede elektrostatiske attraktioner mellem lagene, der producerer kolloide dispersioner af de enkelte 2D-lag eller ark. (jf. Geng et al., 2013) Generelt er det kendt, at hævelse letter eksfoliering gennem ultralydbehandling og resulterer i negativt ladede nanoark. Kemisk forbehandling letter også eksfoliering ved hjælp af sonikering i opløsningsmidler. For eksempel tillader funktionalisering eksfoliering af lagdelte dobbelthydroider (LDH'er) i alkoholer. (jf. Nicolosi et al., 2013)
Til ultralyd eksfoliering / delaminering udsættes lagdelt materiale for kraftige ultralydbølger i et opløsningsmiddel. Når energitætte ultralydbølger kobles til en væske eller gylle, forekommer akustisk aka ultralydshulrumation. Ultralyd kavitation er karakteriseret ved sammenbruddet af vakuumbobler. Ultralydbølgerne bevæger sig gennem væsken og genererer skiftende lavtryk / højtrykscyklusser. Minut vakuumbobler opstår under et lavtryk (rarefaction) cyklus og vokser over forskellige lavtryk / højtrykscyklusser. Når en kavitationsboble når det punkt, hvor den ikke kan absorbere yderligere energi, imploderer boblen voldsomt og skaber lokalt meget energitætte forhold. En kavitational hot-spot bestemmes af meget højt tryk og temperatur, respektive tryk og temperaturforskelle, højhastighedsvæskestråler og forskydningskræfter. Disse sonomekaniske og sonokemiske kræfter skubber opløsningsmidlet mellem de stablede lag og break-up lagdelte partikler og krystallinske strukturer og derved producerer eksfolierede nanoark. Billedsekvensen nedenfor viser eksfolieringsprocessen ved ultralydshulrumation.

Ultralyd grafen eksfoliering i vand

En højhastighedssekvens (fra a til f) af rammer, der illustrerer sonomekanisk eksfoliering af en grafitflage i vand ved hjælp af UP200S, en 200W ultralydsfabrikant med 3 mm sonotrode. Pile viser stedet for opdeling (eksfoliering) med kavitationsbobler, der trænger ind i opdelingen.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modellering har vist, at hvis opløsningsmidlets overfladeenergi svarer til den, der er lagt i lagdelt materiale, vil energiforskellen mellem de eksfolierede og reaggregaterede tilstande være meget lille, hvilket vil fjerne drivkraften for om sammenlægning. Sammenlignet med alternative omrørings- og klipningsmetoder gav ultralydsrepressatorer en mere effektiv energikilde til eksfoliering, hvilket førte til demonstration af ionintercalation-assisteret eksfoliering af TaS2, NbS2og MoS2samt lagdelte oxider. (jf. Nicolosi et al., 2013)

Ultralydbehandling er et yderst effektivt og pålideligt værktøj til flydende eksfoliering af nanoark som grafen og xenes.

TEM-billeder af ultralydsvæske eksfolierede nanoark: (A) Et grafen nanoark eksfolieret ved hjælp af sonikering i opløsningsmidlet N-methyl-pyrrolidone. B) Et h-BN nanoark eksfolieret ved sonikering i opløsningsmidlet isopropanol. (C) Et MoS2 nanoark eksfolieret ved hjælp af sonikering i en vandig overfladeaktiv opløsning.
(Undersøgelse og billeder: ©Nicolosi et al., 2013)

Ultralyd flydende eksfoliering protokoller

Ultralyd eksfoliering og delaminering af xenes og andre monolayer nanomaterialer er blevet grundigt undersøgt i forskning og blev med succes overført til industriel produktion fase. Nedenfor præsenterer vi dig udvalgte eksfolieringsprotokoller ved hjælp af sonikering.

Ultralyd eksfoliering af fosfor nanoflakes

Fosfor (også kendt som sort fosfor, BP) er et 2D-lagdelt, monoelementelt materiale dannet af fosforatomer.
I forskningen i Passaglia et al. (2018) påvises fremstilling af stabile suspensioner af fosfor − methyl methacrylat ved sonikeringsassisteret eksfoliering af væskefase (LPE) i nærværelse af MMA efterfulgt af radikal polymerisering. Methyl methacrylat (MMA) er en flydende monomer.

Protokol for ultralydsvæske eksfoliering af fosfor

MMA_bPn, NVP_bPn og Sty_bPn suspensioner blev opnået af LPE i nærværelse af den eneste monomer. I en typisk procedure blev ∼5 mg bP, omhyggeligt knust i en mørtel, sat i et reagensglas, og derefter blev der tilføjet en vægtet mængde MMA, Sty eller NVP. Monomer bP suspension blev sonikeret i 90 min ved hjælp af en Hielscher Ultralyd homogenisator UP200St (200W, 26kHz), udstyret med sonotrode S26d2 (spidsdiameter: 2 mm). Ultralyd amplituden blev opretholdt konstant ved 50% med P = 7 W. I alle tilfælde blev et isbad brugt til forbedret varmeafledning. Den sidste MMA_bPn, NVP_bPn, og Sty_bPn suspensioner blev derefter insufflated med N2 i 15 min. Alle suspensioner blev analyseret af DLS, der viser rH værdier virkelig tæt på DMSO_bPn. For eksempel var MMA_bPn suspension (med ca. 1% af bP-indholdet) karakteriseret ved rH = 512 ± 58 nm.
Mens andre videnskabelige undersøgelser af fosfor rapporterer sonikeringstid på flere timer ved hjælp af ultralydsrensere, opløsningsmidler med højt kogepunkt og lav effektivitet, demonstrerer forskerholdet i Passaglia en meget effektiv ultralydseksfolieprotokol ved hjælp af en ultralydsprocessor af sondetypen (dvs. UP200St).

Ultralyd Borophene Eksfoliering

For sonikering protokoller og resultater af ultralyd borophene eksfoliering, skal du klikke her!

Ultralyd eksfoliering af få lag Silica Nanosheets

SEM billede af ultralyd eksfolieret silica nanoark.Få lag eksfolieret silica nanosheets (E-SN) blev fremstillet af naturlige vermiculite (Verm) via ultralyd eksfoliering. Til syntese af eksfolierede silicananoark blev følgende eksfolieringsmetode i væskefasen anvendt: 40 mg silicananosheets (SN) blev spredt i 40 mL absolut ethanol. Efterfølgende blev blandingen ultralydet i 2 timer ved hjælp af en Hielscher Ultrasonic processor UP200St, udstyret med en 7 mm sonotrode. Amplituden af ultralydsbølgen blev holdt konstant på 70%. Et isbad blev anvendt for at undgå overophedning. Ueksomineret SN blev fjernet ved centrifugering ved 1000 omdrejninger i 10 min. Endelig blev produktet dekanteret og tørret ved stuetemperatur under vakuum natten over. (jf. Guo et al., 2022)

Ultralyd eksfoliering af 2D monolayer nanoark såsom xenes (f.eks fosfor, borophene osv.) opnås effektivt ved sonikering af sondetypen.

Ultralyd eksfoliering af monolag nanoark med ultralydator UP400St.


Ultralyd flydende eksfoliering af enkeltlags nanoark.

Ultralyd flydende eksfoliering er meget effektiv til produktion af xenes nanoark. Billedet viser de 1000 watt kraftige UIP1000hdT.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralydsonder og reaktorer med høj effekt til eksfoliering af Xenes Nanosheets

Hielscher Ultrasonics designer, producerer og distribuerer robuste og pålidelige ultralydapparater i enhver størrelse. Fra kompakte lab ultralydsenheder til industrielle ultralydsonder og reaktorer har Hielscher det ideelle ultralydssystem til din proces. Med lang tids erfaring med applikationer som nanomaterialesyntese og spredning vil vores veluddannede personale anbefale dig den bedst egnede opsætning til dine krav. Hielscher industrielle ultralydsprocessorer er kendt som pålidelige arbejdsheste i industrielle faciliteter. I stand til at levere meget høje amplituder, Hielscher ultralydapparater er ideelle til højtydende applikationer såsom syntese af xenes og andre 2D monolayer nanomaterialer såsom borophene, fosfor eller grafen samt en pålidelig spredning af disse nanostrukturer.
Ekstraordinært kraftig ultralyd: Hielscher Ultralyd’ 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, tilpassede ultralydssonotroder er tilgængelige.
Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland: Alt udstyr er designet og fremstillet i vores hovedkvarter i Tyskland. Før levering til kunden testes hver ultralydsenhed omhyggeligt under fuld belastning. Vi stræber efter kundetilfredshed, og vores produktion er struktureret til at opfylde den højeste kvalitetssikring (f.eks. ISO-certificering).

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
1 til 500 ml 10 til 200 ml / min UP100H
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd højforskydning homogenisatorer anvendes i lab, bench-top, pilot og industriel forarbejdning.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydhomogenisatorer til blanding af applikationer, dispersion, emulgering og udvinding på laboratorium, pilot og industriel skala.



Litteratur / Referencer

Fakta Værd at vide

Fosfor

Fosforen (også sorte fosfor nanoark / nanoflakes) udviser en høj mobilitet på 1000 cm2 V-1 s-1 for en prøve af tykkelse 5 nm med høj strøm ON / OFF ratio på 105. Som halvleder af p-typen har fosforæn et direkte båndgab på 0,3 eV. Desuden har fosfor et direkte båndgab, som stiger op til ca. 2 eV for monolayeren. Disse materialeegenskaber gør sorte fosfor nanoark til et lovende materiale til industrielle anvendelser i nanoelektroniske og nanofotoniske enheder, som dækker hele spektret af det synlige spektrum. (jf. Passaglia et al., 2018) En anden potentiel anvendelse ligger i biomedicinske anvendelser, da relativt lav toksicitet gør udnyttelsen af sort fosfor meget attraktiv.
I klassen af todimensionelle materialer placeres fosforen ofte ved siden af grafen, fordi fosfor i modsætning til grafen har et ikke-nul grundlæggende båndgab, der desuden kan moduleres ved stamme og antallet af lag i en stak.

Borophene

Borophene er en krystallinsk atommonomer af bor, dvs. det er en todimensionel allotrope af bor (også kaldet bor nanoark). Dens unikke fysiske og kemiske egenskaber gør borophene til et værdifuldt materiale til mange industrielle applikationer.
Borophenes ekstraordinære fysiske og kemiske egenskaber omfatter unikke mekaniske, termiske, elektroniske, optiske og superledende facetter.
Dette åbner muligheder for at bruge borophene til applikationer i alkalimetalionbatterier, Li-S-batterier, brintlagring, superkondensator, iltreduktion og evolution samt CO2-elektroreduktionsreaktion. Særligt stor interesse går til borophene som anodemateriale til batterier og som brintlagringsmateriale. På grund af høj teoretisk specifik kapacitet, elektronisk ledningsevne og ion transport egenskaber, borophene kvalificerer som stor anode materiale til batterier. På grund af brintens høje adsorberingskapacitet til borophene giver den et stort potentiale for brintlagring – med en stroagekapacitet på over 15% af vægten.
Læs mere om ultralydsyntese og spredning af borophene!


Højtydende ultralyd! Hielschers produktsortiment dækker hele spektret fra den kompakte lab ultralydsprocessor over bench-top enheder til fuldindustrielle ultralydssystemer.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.