Υπερηχητική σύνθεση μπορόφωνων στη βιομηχανική κλίμακα
Borophene, ένα δισδιάστατο νανοκατασκευασμένο παράγωγο του βορίου, μπορεί να συντίθεται αποτελεσματικά μέσω μιας διευκολυντικής και χαμηλού κόστους υπερηχητική απολέπιση. Υπερήχων απολέπιση υγρών φάσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων υψηλής ποιότητας νανοφυλλατά μποροφαινίνης. Η υπερηχητική τεχνική απολέπισης χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή 2D νανοϋλικών (π.χ. γραφένιο) και είναι γνωστή για τα πλεονεκτήματά της από νανο φύλλα υψηλής ποιότητας, υψηλές αποδόσεις, ταχεία και χαλαρή λειτουργία, καθώς και συνολική απόδοση.
Μέθοδος απολέπισης υπερήχων για την προετοιμασία της μπορόφνης
Υπερήχων οδηγείται απολέπιση υγρών φάσεων χρησιμοποιείται ευρέως για την προετοιμασία 2D νανοφυλλών από διάφορες πρόδρομες χύμα, συμπεριλαμβανομένου του γραφίτη (γραφένιο), βόριο (βορόφενη) μεταξύ άλλων. Σε σύγκριση με την τεχνική χημικής απολέπισης, η υπερηχητικά υποβοηθούμενη απολέπιση υγρών φάσεων θεωρείται ως η πιο ελπιδοφόρα στρατηγική για την προετοιμασία νανοκατασκευών 0D και 2D όπως κβαντικές κουκίδες βορίου (BQDs) και βορόφενη. (πρβλ. Γουάνγκ κ.λπ., 2021)
Το σχέδιο που απομένει δείχνει την υπερηχητική διαδικασία υγρής απολέπισης χαμηλής θερμοκρασίας των φύλλων μπορόφωνης 2D λίγων στρωμάτων. (Μελέτη και εικόνα: ©Lin et al., 2021.)
Sonochemical αντιδραστήρας εξοπλισμένος με 2000 Watt βιομηχανικό υπερήχων επεξεργαστή UIP2000hdT για απολέπιση μπορόφωνης μεγάλης κλίμακας.
Περιπτωσιολογικές μελέτες της απολέπισης υπερηχητικών μπορόφωνων
Η απολέπιση και η απολέπιση με τη χρήση υπερήχων ισχύος σε μια διαδικασία υγρής φάσης έχει μελετηθεί ευρέως και εφαρμοστεί με επιτυχία στη βοροφαινίνη και σε άλλα παράγωγα βορίου όπως κβαντικές κουκίδες βορίου, νιτρίδιο του βορίου ή διβορίδιο μαγνησίου.
α-Μπορόφνε
Στη μελέτη που πραγματοποιήθηκε από τους Göktuna και Taşaltın (2021), α βοροφίνη παρασκευάστηκε μέσω μιας διευκολυντικής και χαμηλού κόστους υπερηχητικής απολέπισης. Τα υπερηχητικά συντεθειμένη νανοφυλλάκια μπορόφνης παρουσιάζουν μια α κρυσταλλική δομή βορόφωνης.
Πρωτόκολλο: 100 mg μικροσωματιδίων βορίου υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους σε 100 ml DMF στα 200 W (π.χ. χρησιμοποιώντας το UP200St με S26d14) για 4h σε άζωτο (N2) ελεγχόμενη με ροή καμπίνα για την πρόληψη της οξείδωσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απολέπισης υγρής φάσης υπερήχων. Το διάλυμα των απολεπισμένων σωματιδίων βορίου συγκεντρώθηκε με 5000 σ.α.λ. και 12.000 σ.α.λ. για 15 λεπτά αντίστοιχα, στη συνέχεια η μποροφίνη συλλέχθηκε προσεκτικά και ξηραίνεται σε περιβάλλον κενού για 4η θέση στους 50ºC. (πρβλ. Göktuna και Taşaltın, 2021)
Σχηματική απεικόνιση της βοροφαινίνης με λίγα στρώματα απολεπισμένα από τον καθετήρα υπερήχων υποβοηθούμενη διαλυτική διαδικασία επεξεργασίας.
Μελέτη και εικόνα: ©Zhang et al., 2020
Μπορόφνε λίγων στρωμάτων
Zhang et al. (2020) αναφέρουν μια τεχνική απολέπισης της solvothermal υγρής φάσης ακετόνης, η οποία επιτρέπει την παραγωγή υψηλής ποιότητας βορόφωνης με μεγάλο οριζόντιο μέγεθος. Χρησιμοποιώντας την επίδραση οιδήματος της ακετόνης, ο πρόδρομος της σκόνης βορίου διαβρώθηκε για πρώτη φορά σε ακετόνη. Στη συνέχεια, ο βρεγμένος πρόδρομος βορίου υποβλήθηκε σε περαιτέρω solvothermally επεξεργασία στην ακετόνη σε 200ºC, ακολουθούμενη από κατεργασία με υπερήχους με έναν υπερήχο τύπου καθετήρα σε 225 W για 4h. Μπορόφωνη με λίγα στρώματα βορίου και οριζόντιο μέγεθος έως 5,05 mm τελικά αποκτήθηκε. Η τεχνική απολέπισης υγρής φάσης με τη βοήθεια ακετόνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προετοιμασία νανοφυλλών βορίου με μεγάλα οριζόντια μεγέθη και υψηλής ποιότητας. (πρβλ. Ζανγκ κ.ά., 2020)
Όταν το μοτίβο XRD της υπερηχητικά απολεπισμένης βορόφωνης συγκρίνεται με τον πρόδρομο του χύδην βορίου, μπορεί να παρατηρηθεί ένα παρόμοιο μοτίβο XRD. Οι περισσότερες από τις κύριες κορυφές διάθλασης μπορούν να αναπροσαρμοστούν στο β-ρομβεδρικό βόριο, υποδηλώνοντας ότι η κρυσταλλική δομή διατηρείται σχεδόν πριν και μετά τη θεραπεία απολέπισης.
Εικόνες SEM με χαμηλή ανάλυση (α) και υψηλή ανάλυση (β) βοροφαινίνης με λίγα στρώματα που λαμβάνονται με υπερήχων υποβοηθούμενη από διαλυτική απολέπιση σε ακετόνη
Μελέτη και εικόνα: ©Zhang et al., 2020
Μοτίβα XRD (α) και φάσματα Raman β) μη επεξεργασμένου χύδην βορίου και βοροφαινίνης με λίγα στρώματα που λαμβάνονται με υπερήχους καθετήρα υποβοηθούμενη από διαλυτική απολέπιση.
Μελέτη και εικόνα: ©Zhang et al., 2020
Sonochemical Σύνθεση κβαντικών κουκίδων βορίου
Hao et al. (2020) προετοίμασε με επιτυχία μεγάλης κλίμακας και ομοιόμορφες κρυσταλλικές κβαντικές κουκίδες βορίου ημιαγωγών (BQDs) από διογκωμένη σκόνη βορίου σε ακετονιτρίλιο, έναν εξαιρετικά πολικό οργανικό διαλύτη, χρησιμοποιώντας έναν ισχυρό υπερηχητικό καθετήρα (π.χ. UP400St, UIP500hdT ή UIP1000hdT). Οι συνθετικές κβαντικές κουκίδες βορίου με πάχος 2,46 ±,4 nm σε πλευρικό μέγεθος και πάχος 2,81 ±0,5 nm.
Πρωτόκολλο: Σε ένα τυπικό παρασκεύασμα κβαντικών κουκίδων βορίου, 30 mg της σκόνης βορίου προστέθηκαν αρχικά σε μια φιάλη με τρεις λαιμούς και στη συνέχεια προστέθηκαν 15 mL ακετονιτρίλης στη φιάλη πριν από τη διαδικασία υπερήχων. Η απολέπιση πραγματοποιήθηκε με ισχύ εξόδου 400 W (π.χ. UIP500hdT), συχνότητα 20kHz και υπερηχητικός χρόνος 60 λεπτών. Για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση του διαλύματος κατά τη διάρκεια υπερήχων, εφαρμόστηκε ψύξη χρησιμοποιώντας λουτρό πάγου ή ψύκτη εργαστηρίου για σταθερή θερμοκρασία. Το προκύφων διάλυμα συγκεντρώθηκε στις 1500 σ.α.λ. για 60 λεπτά. Το υπερκείμενο περιείχε κβαντικές κουκίδες βορίου εξήχθη απαλά. Όλα τα πειράματα διεξήχθησαν σε θερμοκρασία δωματίου. (πρβλ. Χάο κ.λπ., 2020)
Στη μελέτη του Wang et al. (2021), ο ερευνητής προετοιμάζει κβαντικές κουκίδες βορίου χρησιμοποιώντας επίσης την τεχνική απολέπισης υπερηχητικής υγρής φάσης. Έλαβαν μονοδιάδρομη κβαντική κουκκίδα βορίου με κατανομή στενού μεγέθους, εξαιρετική διασπορά, υψηλή σταθερότητα στο διάλυμα IPA και φθορισμό δύο φωτογραφιών.
Εικόνες TEM και η αντίστοιχη κατανομή διαμέτρου των BQDs που παρασκευάζονται υπό διαφορετικές συνθήκες υπερήχων. α) Εικόνα TEM BQDs-2 που συντίθεται στα 400 W για 2 ώρες β) εικόνα TEM BQDs-3 που συντίθεται στα 550 W για 1 ώρα γ) εικόνα TEM BQDs-3 που συντίθεται στα 400 W για 4 ώρες δ) Κατανομή διαμέτρου των κβαντικών κουκίδων που αποκτώνται από (α). ε) Κατανομή της διαμέτρου των κβαντικών κουκίδων που αποκτώνται από το στοιχείο β). Στ) Η κατανομή της διαμέτρου των κβαντικών κουκίδων αποκτά από το στοιχείο γ).
Μελέτη και εικόνα: ©Hao et al., 2020
Υπερηχητική απολέπιση νανοφυλλών διβοριδίου μαγνησίου
Η διαδικασία απολέπισης πραγματοποιήθηκε αναστέλλοντας 450mg διβοριδίου μαγνησίου
(MgB2) σκόνη (περίπου 100 μέγεθος πλέγματος / 149 μικρά) σε 150 ml νερού και έκθεση σε υπερήχους για 30 λεπτά. Η υπερηχητική απολέπιση μπορεί να πραγματοποιηθεί με υπερηχητικό τύπου καθετήρα, όπως το Uf200 ः t ή UP400St με πλάτος 30% και λειτουργία κύκλου 10sec on/off παλμούς. Η υπερηχητική απολέπιση έχει ως αποτέλεσμα ένα σκούρο μαύρο εναιώρημα. Το μαύρο χρώμα μπορεί να αποδοθεί στο χρώμα της παρθένας σκόνης MgB2.
Μια ακολουθία υψηλής ταχύτητας (από α έως στ) πλαισίων που απεικονίζουν sono-μηχανική απολέπιση νιφάδας γραφίτη στο νερό με τη χρήση UP200S, ένας υπερηχητικός 200W με 3 χιλιοστά sonotrode. Τα βέλη δείχνουν τον τόπο διαχωρισμού (απολέπιση) με φυσαλίδες σπηλαίωσης που διεισδύουν στη διάσπαση.
© Tyurnina κ.ά. 2020
Ισχυροί υπερήχους για απολέπιση μπορόφωνης σε οποιαδήποτε κλίμακα
Hielscher Ultrasonics σχεδιάζει, κατασκευάζει, και διανέμει στιβαρούς και αξιόπιστους υπερήχους σε οποιοδήποτε μέγεθος. Από συμπαγείς συσκευές υπερήχων εργαστηρίου σε βιομηχανικούς υπερήχους ανιχνευτές και αντιδραστήρες, Hielscher έχει το ιδανικό σύστημα υπερήχων για τη διαδικασία σας. Με πολυετή εμπειρία σε εφαρμογές όπως η νανοϋλικά σύνθεση και διασπορά, το άρτια εκπαιδευμένο προσωπικό μας θα σας συστήσει την καταλληλότερη ρύθμιση για τις απαιτήσεις ypour. Hielscher βιομηχανικοί υπερήχων επεξεργαστές είναι γνωστή ως αξιόπιστα άλογα εργασίας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Ικανοί να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτος, hielscher υπερήχων είναι ιδανικό για εφαρμογές υψηλής απόδοσης, όπως μποροφαινίνη ή απολέπιση γραφενίου, καθώς και νανοϋλικές διασπορές. Τα πλάτοτα μέχρι 200μm μπορούν εύκολα να τρέξουν συνεχώς στη λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα. Για ακόμη υψηλότερα πλάτος, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes.
Όλος ο εξοπλισμός σχεδιάζεται και κατασκευάζεται στην έδρα μας στη Γερμανία. Πριν από την παράδοση στον πελάτη, κάθε συσκευή υπερήχων ελέγχεται προσεκτικά υπό πλήρες φορτίο. Προσπαθούμε για την ικανοποίηση των πελατών και η παραγωγή μας είναι δομημένη για να εκπληρώνει την υψηλότερη διασφάλιση ποιότητας (π.χ. πιστοποίηση ISO).
- υψηλής απόδοσης
- Τεχνολογία αιχμής
- αξιοπιστία & ευρωστία
- σύνολο παραγωγής & στη γραμμή
- για οποιονδήποτε τόμο
- έξυπνο λογισμικό
- έξυπνα χαρακτηριστικά (π.χ. πρωτόκολλο δεδομένων)
- CIP (καθαρός-στη θέση)
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
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε
Μπορόφνε
Η βορόφανη είναι ένα κρυσταλλικό ατομικό μονοστρωματικό του βορίου, δηλαδή είναι ένα δισδιάστατο αλλοτροπικό βόριο (που ονομάζεται επίσης νανοστρωμάνη βορίου). Τα μοναδικά φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά του μετατρέπουν τη βορόφανη σε πολύτιμο υλικό για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές.
Οι εξαιρετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες της Borophene περιλαμβάνουν μοναδικές μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρονικές, οπτικές και υπεραγώγιμοι όψεις.
Αυτό ανοίγει δυνατότητες χρήσης βορόφωνης για εφαρμογές σε μπαταρίες ιόντων αλκαλικού μετάλλου, μπαταρίες Li-S, αποθήκευση υδρογόνου, υπερκατανάλωτο, μείωση οξυγόνου και εξέλιξη, καθώς και αντίδραση ηλεκτροανάδρασης CO2. Ιδιαίτερα μεγάλο ενδιαφέρον πηγαίνει στη βορόφενη ως υλικό ανόδου για μπαταρίες και ως υλικό αποθήκευσης υδρογόνου. Λόγω των υψηλών θεωρητικών ειδικών ικανοτήτων, της ηλεκτρονικής αγωγιμότητας και των ιδιοτήτων μεταφοράς ιόντων, η βοροφίνη χαρακτηρίζεται ως εξαιρετικό ανοδικό υλικό για μπαταρίες. Λόγω της υψηλής ικανότητας προσρόφησης υδρογόνου στη βορόφανη, προσφέρει μεγάλες δυνατότητες αποθήκευσης υδρογόνου - με ικανότητα διαλογής πάνω από το 15% του βάρους του.
Μπορόφενη για αποθήκευση υδρογόνου
Τα δισδιάστατα (2D) υλικά με βάση το βόριο λαμβάνουν μεγάλη προσοχή ως μέσα αποθήκευσης H2 λόγω της χαμηλής ατομικής μάζας βορίου και της σταθερότητας της διακόσμησης αλκαλικών μετάλλων στην επιφάνεια, τα οποία ενισχύουν τις αλληλεπιδράσεις με το H2. Τα δισδιάστατα νανοφυλλάκια μπορόφωνης, τα οποία μπορούν εύκολα να συντεθούν χρησιμοποιώντας υπερηχητική απολέπιση υγρής φάσης, όπως περιγράφεται παραπάνω, έχουν δείξει μια καλή συγγένεια για διαφορετικά άτομα διακόσμησης μετάλλων, στα οποία μπορεί να συμβεί ομαδοποίηση μεταλλικών ατόμων. Χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεταλλικών διακοσμήσεων, όπως Li, Na, Ca και Ti σε διαφορετικά πολυμορφικά βορόφωνα, έχουν ληφθεί εντυπωσιακές βαρυμετρικές πυκνότητες H2 που κυμαίνονται από 6 έως 15 wt %, ξεπερνώντας την απαίτηση του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) για αποθήκευση επί του σκάφους 6,5wt% H2. (πρβλ. Χαμπίμπι κ.λπ., 2021)
Hielscher υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από Εργαστήριο προς την βιομηχανικό μέγεθος.