Νανοσωλήνες βορίου νιτριδίου – Απολέπιση και διασπορά με κατεργασία με υπερήχους
Υπερήχους εφαρμόζεται με επιτυχία στην επεξεργασία και διασπορά των νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου (BNNTs). Η κατεργασία με υπερήχους υψηλής έντασης παρέχει ομοιογενή απογυμνωτική και διανομή σε διάφορες λύσεις και ως εκ τούτου είναι μια κρίσιμη τεχνική επεξεργασίας για την ενσωμάτωση BNNTs σε λύσεις και μήτρες.
Υπερηχητική επεξεργασία νανοσωλήνων βορίου nitride
Προκειμένου να ενσωματωθούν νανοσωλήνες νιτριδίου βορίου (BNNTs) ή νανοδομές νιτριδίου βορίου (BNNs), όπως νανοφυλλίδια και νανοριμπόνες σε υγρά διαλύματα ή πολυμερείς μήτρες, απαιτείται αποτελεσματική και αξιόπιστη τεχνική διασποράς. Υπερήχων διασπορά παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για την απολέπιση, detangle, διασπορά, και τη λειτουργία νανοσωλήνες νιτριδίου βορίου και νανοκατασκευές νιτριδίου βορίου με υψηλή απόδοση. Οι ακριβώς ελεγχόμενες παράμετροι επεξεργασίας του υπερήχου υψηλής έντασης (π.χ. ενέργεια, πλάτος, χρόνος, θερμοκρασία και πίεση) επιτρέπουν την ατομική προσαρμογή των συνθηκών επεξεργασίας στο στόχο της στοχευμένης διαδικασίας. Αυτό σημαίνει ότι η υπερηχητική ένταση μπορεί να προσαρμοστεί σε σχέση με το συγκεκριμένο σκεύασμα (ποιότητα BNNTs, διαλύτης, συγκέντρωση στερεού υγρού κ.λπ.), επιτυγχάνοντας έτσι βέλτιστα αποτελέσματα.
Υπερηχητικό μονοπάτι για τη σύνθεση νανοκάπτες νιτριδίου βορίου
(μελέτη και γραφική παράσταση: Yu et al. 2012)
Οι εφαρμογές της υπερηχητικής επεξεργασίας BNNT και BNN καλύπτουν όλο το φάσμα από την ομοιογενή διασπορά των δισδιάστατων νανοδομών νιτριδίου βορίου (2D-BNNs), μέχρι τη λειτουργικοποίησή τους και τη χημική απολέπιση του εξαγωνικού νιτριδίου του μονοστρωματικού βορίου. Παρακάτω, παρουσιάζουμε τις λεπτομέρειες σχετικά με τη διασπορά υπερήχων, την απολέπιση και τη λειτουργικότητα των BNNTs και BNNs.
Εγκατάσταση υπερηχητικών διασκορπιστών (2x UIP1000hdT) για την επεξεργασία νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου σε βιομηχανική κλίμακα
Υπερήχων διασπορά του βορίου nitride νανοσωλήνες
Όταν οι νανοσωλήνες νιτριδίου 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 τη διασπορά νανοϋλικών όπως CNTs, μεταλλικά νανοσωματίδια, σωματίδια πυρήνα-κελύφους και άλλους τύπους νανοσωματιδίων σε μια δεύτερη φάση.
Υπερήχων διασπορά έχει εφαρμοστεί με επιτυχία για την detangle και τη διανομή BNNTs ομοιόμορφα σε υδατικά και μη υδατικά διαλύματα, συμπεριλαμβανομένης της αιθανόλης, PVP αιθανόλη, TX100 αιθανόλη, καθώς και διάφορα πολυμερή (π.χ. πολυουρεθάνη).
Μια κοινή χρησιμοποιημένη επιφανειοδραστική άλας για τη σταθεροποίηση μιας υπερηχητικά παρασκευασμένης διασποράς BNNT είναι ένα διάλυμα θειικού νατρίου 1%wt (SDS). Για παράδειγμα, 5 mg BNNTs διασκορπίζονται με υπερήχους σε ένα φιαλίδιο με διάλυμα SDS 5 mL 1%wt. χρησιμοποιώντας ένα υπερηχητικό διασκορπιστή τύπου καθετήρα, όπως το UP200St (26kHz, 200W).
Υδατική διασπορά των BNNTs με υπερήχους
Λόγω των ισχυρών αλληλεπιδράσεων van der Waals και της υδροφοβικής επιφάνειας, οι νανοσωλήνες νιτριδίου βορίου δεν είναι επαρκώς διασκορπισμένοι σε λύσεις με βάση το νερό. Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, η Jeon et al. (2019) χρησιμοποίησε τα Pluronic P85 και F127, τα οποία έχουν τόσο υδρόφιλες ομάδες όσο και υδρόφοβες ομάδες για τη λειτουργία του BNNT υπό κατεργασία με υπερήχους.
Εικόνες SEM μικρότερων BNNTs μετά από διάφορες διάρκειες κατεργασίας με υπερήχους. Όπως φαίνεται, τα μήκη αυτών των BNNTs μειώνονται με την αύξηση της αθροιστικής διάρκειας κατεργασίας με υπερήχους.
(μελέτη και εικόνα: Lee et al. 2012)
Απολέπιση χωρίς επιφανειοδραστικά σκευάσμα νανοφυλλα βορίου nitride με κατεργασία με υπερήχους
Lin et al. (2011) παρουσιάζουν μια καθαρή μέθοδο απολέπισης και διασποράς του 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 πολυστρωματικών δομών h-BN χρησιμοποιώντας υπερήχους, σχηματίζοντας "καθαρές" υδατικές διασπορές νανοφυλλών h-BN χωρίς τη χρήση επιφανειοδραστικών ουσίες ή οργανική λειτουργικότητα. Αυτή η υπερηχητική διαδικασία απολέπισης παρήγαγε νανοφυλλα h-BN με λίγα στρώματα, καθώς και μονοστρωματικά είδη νανοφυλλών και νανοριμπών. Τα περισσότερα νανο φύλλα ήταν μειωμένου πλευρικού μεγέθους, τα οποία αποδόθηκαν στην κοπή των μητρικών φύλλων h-BN που προκλήθηκαν από την υδρολύλυση με τη βοήθεια κατεργασίας με υπερήχους (επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα της δοκιμής αμμωνίας και της φασματοσκοπίας). Η υπερηχητικά προκαλούμενη υδρόλυση προώθησε επίσης την απολέπιση των νανοφυλλών h-BN σε βοήθεια στην επίδραση πολικότητας του διαλύτη. Τα νανο φύλλα h-BN σε αυτές τις "καθαρές" υδατικές διασπορές παρουσίασαν καλή πομπή μέσω μεθόδων λύσης που διατηρούν τα φυσικά χαρακτηριστικά τους. Τα διασκορπισμένα νανοφυλλάκια h-BN στο νερό παρουσίασαν επίσης ισχυρή συγγένεια με πρωτεΐνες όπως η φερριτίνη, υποδηλώνοντας ότι οι επιφάνειες νανοφυλλιού ήταν διαθέσιμες για περαιτέρω βιο-κλίσεις.
Υπερηχητική μείωση μεγέθους και κοπή νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου
Το μήκος των νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο όσον αφορά την επακόλουθη επεξεργασία BNNTs σε πολυμερή και άλλα λειτουργικά υλικά. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό το γεγονός ότι η κατεργασία με υπερήχους των BNNTs σε διαλύτη θα μπορούσε όχι μόνο να διαχωρίσει τα BNNTs μεμονωμένα, αλλά και να συντομεύσει τα δομημένο με μπαμπού BNNTs υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Τα συντομευμένα BNNTs έχουν πολύ λιγότερες πιθανότητες ομαδοποίησης κατά τη διάρκεια της σύνθετης προετοιμασίας. Lee at al. (2012) απέδειξε ότι τα μήκη των λειτουργικών BNNTs μπορούν να συντομευθούν αποτελεσματικά από >10μm σε ∼500nm από υπερήχους. Τα πειράματά τους δείχνουν ότι η αποτελεσματική υπερηχητική διασπορά του BNNT σε διάλυμα είναι απαραίτητη για την κοπή της μείωσης και κοπής του μεγέθους BNNT.
γ) Καλά διαλυμένα mPEG- DSPE/BNNTs στο νερό (μετά από 2 ώρες κατεργασίας με υπερήχους). δ) Σχηματικό αντιπροσωπευτικό ενός BNNT που λειτουργεί με μόριο mPEG-DSPE
(μελέτη και εικόνα: Lee et al. 2012)
Υπερήχων ομογενοποίησης UP400St για τη διασπορά νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου (BNNTs)
Υπερήχους υψηλής απόδοσης για την επεξεργασία BNNT
Τα έξυπνα χαρακτηριστικά των υπερήχων Hielscher έχουν σχεδιαστεί για να εγγυώνται αξιόπιστη λειτουργία, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και φιλικότητα προς το χρήστη. Οι λειτουργικές ρυθμίσεις είναι εύκολα προσβάσιμες και καλούνται μέσω διαισθητικού μενού, το οποίο είναι προσβάσιμο μέσω ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής και τηλεχειριστηρίου του προγράμματος περιήγησης. Ως εκ τούτου, όλες οι συνθήκες επεξεργασίας όπως η καθαρή ενέργεια, η συνολική ενέργεια, το πλάτος, ο χρόνος, η πίεση και η θερμοκρασία καταγράφονται αυτόματα σε ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να αναθεωρήσετε και να συγκρίνετε προηγούμενες διαδρομές κατεργασίας με υπερήχους και να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία απολέπισης και διασποράς νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου και νανοϋλικών στην υψηλότερη απόδοση.
Hielscher υπερήχων συστήματα χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο για την κατασκευή υψηλής ποιότητας BNNTs. Hielscher βιομηχανικοί υπερήχους μπορούν εύκολα να τρέξουν υψηλά πλάτοτα σε συνεχή λειτουργία (24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα/365). Τα πλάτοτα μέχρι 200μm μπορούν εύκολα να δημιουργηθούν συνεχώς με τυποποιημένα sonotrodes (υπερηχητικοί έλεγχοι / κέρατα). Για ακόμη υψηλότερα πλάτος, 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 Υπέρηχοι’ οι βιομηχανικοί υπερηχητικοί επεξεργαστές μπορούν να παραδώσουν τα πολύ υψηλά πλάτη. Τα πλάτη μέχρι 200μm μπορούν να τρέξουν εύκολα συνεχώς στη λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα. Για ακόμα υψηλότερα πλάτη, τα προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes είναι διαθέσιμα.
Hielscher υπερήχων επεξεργαστές για τη διασπορά και την απολέπιση των νανοσωλήνων νιτριδίου βορίου, καθώς και CNTs και graphene είναι ήδη εγκατεστημένοι σε όλο τον κόσμο σε εμπορική κλίμακα. Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να συζητήσουμε τη διαδικασία κατασκευής της 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 για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Μαζική Όγκος | Ρυθμός ροής | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200 ml / λεπτό | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 έως 20 λίτρα | 0.2 έως 4 λίτρα / λεπτό | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10 λίτρα / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100 λίτρα / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερος | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπερήχων κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασποράς, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Λογοτεχνία / 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 γνωρίζουμε
Νανοσωλήνες και Νανοϋλικά Του Βορίου
Οι νανοσωλήνες νιτριδίου βορίου προσφέρουν μια μοναδική ατομική δομή συναρμολογημένη από άτομα βορίου και αζώτου τοποθετημένα σε ένα εξαγωνικό δίκτυο. Αυτή η δομή δίνει στην 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 κενό ζώνης 5 eV μπορεί επίσης να συντονιστεί χρησιμοποιώντας εγκάρσια ηλεκτρικά πεδία, τα οποία καθιστούν τα BNNTs ενδιαφέροντα για ηλεκτρονικές συσκευές. Επιπλέον, τα BNNTs έχουν υψηλή αντοχή στην οξείδωση έως και 800 °C, παρουσιάζουν εξαιρετική πιεζοηλεκτρικότητα και θα μπορούσαν να είναι ένα καλό υλικό αποθήκευσης υδρογόνου σε θερμοκρασία 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 αντίστοιχων με βάση τον άνθρακα είναι η φύση των δεσμών μεταξύ των ατόμων. Ο δεσμός C-C στα νανοϋλικά άνθρακα έχει καθαρό ομοιοπολικό χαρακτήρα, ενώ οι δεσμοί B-N παρουσιάζουν έναν μερικώς ιοντικό χαρακτήρα λόγω των ηλεκτρονικών ζευγών στο sp2 υβριδικό B-N. (πρβλ. Εμαέτ κ.ά. 2019)
BNNTs vs. Carbon Nanotubes: Οι νανοσωλήνες νιτριδίου βορίου (BNNTs) παρουσιάζουν παρόμοια σωληνοειδή νανοκατασκευή με νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) στις οποίες άτομα βορίου και αζώτου διατάσσονται σε εξαγωνικό δίκτυο.
Xenes: Τα Ζήνες είναι 2D, μονομεταλλικά νανοϋλικά. Προεξέχοντα παραδείγματα είναι η βοροφαινίνη, το γαληνένιο, το σιλικένιο, το γερμανένιο, το στανένιο, το φωσφορένιο, το αρσενικό, το αντιμόνιο, το μπισουθένη, η τελουρίνη και η σεληνίνη. Το Xenes έχει εξαιρετικές ιδιότητες υλικού, οι οποίες έχουν έτσι τη δυνατότητα να σπάσουν τους περιορισμούς σχετικά με τις πρακτικές εφαρμογές άλλων 2D υλικών. Μάθετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική απολέπιση των xenes!
Hielscher υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από Εργαστήριο προς την βιομηχανικό μέγεθος.