Νανοσωλήνες νιτριδίου του βορίου – Απολέπιση και διασπορά χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους
Υπερήχους εφαρμόζεται με επιτυχία στην επεξεργασία και διασπορά νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου (BNNTs). Υπερήχηση υψηλής έντασης παρέχει ομοιογενή απομπέρδεμα και διανομή σε διάφορες λύσεις και ως εκ τούτου είναι μια κρίσιμη τεχνική επεξεργασίας για την ενσωμάτωση BNNTs σε διαλύματα και μήτρες.
Υπερήχων επεξεργασία νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου
Προκειμένου να ενσωματωθούν νανοσωλήνες νιτριδίου του βορίου (BNNTs) ή νανοδομές νιτριδίου του βορίου (BNN), όπως νανοφύλλα και νανοκορδέλες σε υγρά διαλύματα ή πολυμερείς μήτρες, απαιτείται αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική διασποράς. Η υπερηχητική διασπορά παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για την απολέπιση, το ξεμπέρδεμα, τη διασπορά και τη λειτουργικότητα νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου και νανοδομών νιτριδίου του βορίου με υψηλή απόδοση. Οι επακριβώς ελεγχόμενες παράμετροι επεξεργασίας των υπερήχων υψηλής έντασης (δηλαδή ενέργεια, πλάτος, χρόνος, θερμοκρασία και πίεση) επιτρέπουν την ατομική προσαρμογή των συνθηκών επεξεργασίας στον στοχοθετημένο στόχο της διαδικασίας. Αυτό σημαίνει ότι η ένταση των υπερήχων μπορεί να ρυθμιστεί σε σχέση με τη συγκεκριμένη σύνθεση (ποιότητα των BNNTs, διαλύτης, συγκέντρωση στερεού-υγρού κ.λπ.), επιτυγχάνοντας έτσι τα βέλτιστα αποτελέσματα.
Υπερηχητική οδός για τη σύνθεση νανοκύπελλα νιτριδίου του βορίου
(μελέτη και γράφημα: Yu et al. 2012)
Οι εφαρμογές της επεξεργασίας υπερήχων BNNT και BNN καλύπτουν το πλήρες φάσμα από την ομοιογενή διασπορά των δισδιάστατων νανοδομών νιτριδίου του βορίου (2D-BNNs), στη λειτουργία τους και τη χημική απολέπιση του μονοστρωματικού εξαγωνικού νιτριδίου του βορίου. Παρακάτω, παρουσιάζουμε τις λεπτομέρειες σχετικά με τη διασπορά υπερήχων, την απολέπιση και τη λειτουργικότητα των BNNTs και BNNs.
Εγκατάσταση διασκορπιστών υπερήχων (2x UIP1000hdT) για την επεξεργασία νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου σε βιομηχανική κλίμακα
Υπερήχων διασπορά νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου
Όταν νανοσωλήνες νιτριδίου του βορίου (BNNTs) χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση πολυμερών ή για τη σύνθεση νέων υλικών, απαιτείται ομοιόμορφη και αξιόπιστη διασπορά στη μήτρα. Υπερήχων διασκορπιστές χρησιμοποιούνται ευρέως για να διασκορπίσουν νανο υλικά όπως CNTs, μεταλλικά νανοσωματίδια, σωματίδια πυρήνα-κέλυφος και άλλους τύπους νανο σωματιδίων σε μια δεύτερη φάση.
Η υπερηχητική διασπορά έχει εφαρμοστεί με επιτυχία για να ξεμπερδέψει και να διανείμει ομοιόμορφα τα BNNTs σε υδατικά και μη υδατικά διαλύματα, συμπεριλαμβανομένης της αιθανόλης, της αιθανόλης PVP, της αιθανόλης TX100 καθώς και διαφόρων πολυμερών (π.χ. πολυουρεθάνη).
Ένα κοινό χρησιμοποιούμενο επιφανειοδραστικό για τη σταθεροποίηση μιας υπερηχητικά παρασκευασμένης διασποράς BNNT είναι ένα διάλυμα δωδεκυλοθειικού νατρίου 1% wt (SDS). Για παράδειγμα, 5 mg BNNTs είναι υπερήχων διασκορπισμένα σε ένα φιαλίδιο με 5 mL 1% wt. SDS διάλυμα χρησιμοποιώντας ένα υπερήχων-τύπου διασκορπιστή τύπου καθετήρα, όπως το UP200St (26kHz, 200W).
Υδατική διασπορά BNNTs με χρήση υπερήχων
Λόγω των ισχυρών αλληλεπιδράσεων van der Waals και της υδρόφοβης επιφάνειας, οι νανοσωλήνες νιτριδίου του βορίου είναι ελάχιστα διασπειρόμενοι σε διαλύματα με βάση το νερό. Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, ο Jeon et al. (2019) χρησιμοποίησε Pluronic P85 και F127, τα οποία έχουν τόσο υδρόφιλες ομάδες όσο και υδρόφοβες ομάδες για να λειτουργήσουν το BNNT υπό υπερήχους.
SEM εικόνες των συντομευμένων BNNTs μετά από διάφορες διάρκειες υπερήχων. Όπως φαίνεται, τα μήκη αυτών των BNNTs μειώνονται με την αύξηση της σωρευτικής διάρκειας υπερήχων.
(μελέτη και εικόνα: Lee et al. 2012)
Απολέπιση χωρίς επιφανειοδραστικές ουσίες νανοφύλλων νιτριδίου του βορίου με χρήση υπερήχων
Οι Lin et al. (2011) παρουσιάζουν μια καθαρή μέθοδο απολέπισης και διασποράς εξαγωνικού νιτριδίου του βορίου (h-BN). Το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου θεωρείται παραδοσιακά αδιάλυτο στο νερό. Ωστόσο, ήταν σε θέση να αποδείξουν ότι το νερό είναι αποτελεσματικό για την απολέπιση των στρωματοποιημένων δομών h-BN χρησιμοποιώντας υπερήχους, σχηματίζοντας "καθαρές" υδατικές διασπορές νανοφύλλων h-BN χωρίς τη χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών ή οργανικής λειτουργικότητας. Αυτή η διαδικασία απολέπισης με υπερήχους παρήγαγε λίγα στρώματα νανοφύλλων h-BN καθώς και μονοστρωματικά είδη νανοφύλλων και νανοκορδέλας. Τα περισσότερα νανοφύλλα ήταν μειωμένων πλευρικών μεγεθών, γεγονός που αποδόθηκε στην κοπή των μητρικών φύλλων h-BN που προκαλείται από την υδρόλυση με υπερήχους (επιβεβαιώθηκε από τα αποτελέσματα της δοκιμής αμμωνίας και της φασματοσκοπίας). Η υδρόλυση που προκαλείται από υπερήχους προώθησε επίσης την απολέπιση των νανοφύλλων h-BN σε βοήθεια για την πολικότητα του διαλύτη. Τα νανοφύλλα h-BN σε αυτές τις «καθαρές» υδατικές διασπορές παρουσίασαν καλή επεξεργασιμότητα μέσω μεθόδων λύσης διατηρώντας τα φυσικά χαρακτηριστικά τους. Τα διασκορπισμένα νανοφύλλα h-BN στο νερό παρουσίασαν επίσης ισχυρή συγγένεια με πρωτεΐνες όπως η φερριτίνη, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι επιφάνειες νανοφύλλων ήταν διαθέσιμες για περαιτέρω βιοσυζεύξεις.
Υπερήχων μείωση μεγέθους και κοπή νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου
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.
γ) Καλά διασκορπισμένα mPEG-DSPE/BNNTs σε νερό (μετά από 2 ώρες υπερήχων). δ) Σχηματική απεικόνιση ενός BNNT που λειτουργεί από ένα μόριο mPEG-DSPE
(μελέτη και εικόνα: Lee et al. 2012)
Υπερηχητικός ομογενοποιητής UP400St για τη διασπορά νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου (BNNTs)
Υπερήχων υψηλής απόδοσης για επεξεργασία BNNT
Τα έξυπνα χαρακτηριστικά των υπερήχων Hielscher έχουν σχεδιαστεί για να εγγυώνται αξιόπιστη λειτουργία, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και φιλικότητα προς το χρήστη. Οι ρυθμίσεις λειτουργίας είναι εύκολα προσβάσιμες και καλούνται μέσω διαισθητικού μενού, στο οποίο μπορείτε να έχετε πρόσβαση μέσω ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής και τηλεχειριστηρίου προγράμματος περιήγησης. Επομένως, όλες οι συνθήκες επεξεργασίας όπως η καθαρή ενέργεια, η συνολική ενέργεια, το πλάτος, ο χρόνος, η πίεση και η θερμοκρασία καταγράφονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να αναθεωρήσετε και να συγκρίνετε προηγούμενες εκτελέσεις υπερήχων και να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία απολέπισης και διασποράς νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου και νανοϋλικών με την υψηλότερη απόδοση.
Hielscher συστήματα υπερήχων χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την κατασκευή υψηλής ποιότητας BNNTs. Hielscher βιομηχανική υπερήχων μπορεί εύκολα να τρέξει υψηλά πλάτη σε συνεχή λειτουργία (24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα / 365). Πλάτη μέχρι 200μm μπορούν εύκολα να δημιουργηθούν συνεχώς με τυποποιημένα sonotrodes (υπερηχητικοί ανιχνευτές / κέρατα). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Λόγω της ευρωστίας και της χαμηλής συντήρησής τους, τα συστήματα απολέπισης και διασποράς υπερήχων εγκαθίστανται συνήθως για εφαρμογές βαρέως τύπου και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Hielscher Ultrasonics’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes.
Hielscher υπερήχων επεξεργαστές για τη διασπορά και την απολέπιση των νανοσωλήνων νιτριδίου του βορίου, καθώς και CNTs και γραφένιο έχουν ήδη εγκατασταθεί παγκοσμίως σε εμπορική κλίμακα. Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να συζητήσουμε τη διαδικασία παραγωγής BNNT! Το έμπειρο προσωπικό μας θα χαρεί να μοιραστεί περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία απολέπισης, τα συστήματα υπερήχων και την τιμολόγηση!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασπορά, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Νανοσωλήνες και νανοϋλικά νιτριδίου του βορίου
Οι νανοσωλήνες νιτριδίου του βορίου προσφέρουν μια μοναδική ατομική δομή συναρμολογημένη από άτομα βορίου και αζώτου διατεταγμένα σε ένα εξαγωνικό δίκτυο. Αυτή η δομή δίνει στο BNNT πολλές εξαιρετικές εγγενείς ιδιότητες, όπως ανώτερη μηχανική αντοχή, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, ηλεκτρικά μονωτική συμπεριφορά, πιεζοηλεκτρική ιδιότητα, ικανότητα θωράκισης νετρονίων και αντοχή στην οξείδωση. Το διάκενο ζώνης 5 eV μπορεί επίσης να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας εγκάρσια ηλεκτρικά πεδία, τα οποία καθιστούν τα BNNTs ενδιαφέροντα για ηλεκτρονικές συσκευές. Επιπλέον, τα BNNTs έχουν υψηλή αντοχή στην οξείδωση έως 800 ° C, παρουσιάζουν εξαιρετική πιεζοηλεκτρική ενέργεια και θα μπορούσαν να είναι ένα καλό υλικό αποθήκευσης υδρογόνου θερμοκρασίας δωματίου.
BNNTs vs Graphene: Τα BNNTs είναι τα δομικά ανάλογα του γραφενίου. Η κύρια διαφορά μεταξύ των νανοϋλικών με βάση το νιτρίδιο του βορίου και των ομολόγων τους με βάση τον άνθρακα είναι η φύση των δεσμών μεταξύ των ατόμων. Ο δεσμός C-C σε νανοϋλικά άνθρακα έχει καθαρό ομοιοπολικό χαρακτήρα, ενώ οι δεσμοί B-N παρουσιάζουν μερικώς ιοντικό χαρακτήρα λόγω των ζευγών e− σε υβριδοποιημένο B-N sp2. (πρβλ. Emanet et al. 2019)
BNNTs vs. Carbon Nanotubes: Οι νανοσωλήνες νιτριδίου του βορίου (BNNTs) παρουσιάζουν παρόμοια σωληνοειδή νανοδομή με τους νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) στους οποίους άτομα βορίου και αζώτου διατεταγμένα σε ένα εξαγωνικό δίκτυο.
Xenes: Τα Xenes είναι 2D, μονοστοιχειακά νανοϋλικά. Εξέχοντα παραδείγματα είναι το βοροφαίνιο, το γαληνένιο, το σιλικένιο, το γερμανένιο, το στανένιο, το φωσφορένιο, το αρσενικένιο, το αντιμονένιο, το βισμουθένιο, το τελλουρένιο και το σεληένιο. Τα xenes έχουν εξαιρετικές υλικές ιδιότητες, οι οποίες έχουν έτσι τη δυνατότητα να ξεπεράσουν τους περιορισμούς σχετικά με τις πρακτικές εφαρμογές άλλων 2D υλικών. Μάθετε περισσότερα για την υπερηχητική απολέπιση των xenes!
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.