Boor Nitriid Nanotorud – Kooritud ja hajutatud ultrahelitöötluse abil
Ultraheli rakendatakse edukalt boornitriidi nanotorude (BNNTs) töötlemisele ja hajutamisele. Kõrge intensiivsusega ultrahelitöötlus tagab homogeense detanglingi ja jaotumise erinevates lahendustes ning on seega oluline töötlemismeetod BNNTide lisamiseks lahustesse ja maatriksitesse.
Boron Nitride nanotorude ultraheli töötlemine
Boornitriidi nanotorude (BNNTs) või boornitriidide nanostruktuuride (BNNid), näiteks nanolehtede ja nanoribbonite lisamiseks vedelatesse lahustesse või polümeersetesse maatriksitesse on vaja tõhusat ja usaldusväärset dispersioonitehnikat. Ultraheli dispersioon annab vajaliku energia, et koorida, detangle, hajutada ja funktsionaliseerida boornitriid nanotorud ja boor nitriid nanostruktuurid kõrge efektiivsusega. Suure intensiivsusega ultraheli täpselt kontrollitavad töötlemisparameetrid (st energia, amplituud, aeg, temperatuur ja rõhk) võimaldavad töötlemistingimusi individuaalselt kohandada vastavalt sihipärasele protsessi eesmärgile. See tähendab, et ultraheli intensiivsust saab kohandada konkreetse koostise suhtes (BNNT-de kvaliteet, lahusti, tahke vedeliku kontsentratsioon jne), saavutades seeläbi optimaalsed tulemused.
Ultraheli tee boornitriidi nanotoksiidide sünteesimiseks
(uuring ja graafik: Yu et al. 2012)
Ultraheli BNNT ja BNN töötlemise rakendused hõlmavad kogu vahemikku kahemõõtmeliste boornitriidide nanostruktuuride (2D-BNN) homogeensest dispersioonist kuni nende funktsionaliseerimiseni ja monokihilise kuusnurkse boornitriidi keemilise koorimiseni. Allpool esitame üksikasjad ULTRAHELI dispersiooni, koorimise ja BNNTide ja BNN-ide funktsionaliseerimise kohta.
Ultraheli dispergeerijate paigaldamine (2x UIP1000hdT) boornitriidi nanotorude töötlemiseks tööstuslikus mastaabis
Boron Nitride Nanotorude ultraheli dispersioon
Kui boornitriidi nanotorusid (BNNT-sid) kasutatakse polümeeride tugevdamiseks või uute materjalide sünteesimiseks, on vaja ühtlast ja usaldusväärset dispersiooni maatriksisse. Ultraheli dispergeerijaid kasutatakse laialdaselt nanomaterjalide, näiteks CNT-de, metalliliste nanoosakeste, südamiku kesta osakeste ja muud tüüpi nanoosakeste hajutamiseks teise faasi.
Ultraheli dispersioon on edukalt rakendatud BNNT-de ühtlaseks jaotamiseks vesi- ja mitte-vesilahustes, sealhulgas etanoolis, PVP etanoolis, TX100 etanoolis ja erinevates polümeerides (nt polüuretaan).
Tavaline kasutatud pindaktiivne aine ultraheliga ettevalmistatud BNNT dispersiooni stabiliseerimiseks on 1% wt naatriumdotsüülsulfaadi (SDS) lahus. Näiteks 5 mg BNNT-d dispergeeritakse ultraheliga viaalis, mille 5 ml on 1%wt. SDS lahus, kasutades ultraheli sondi tüüpi dispergeerijat, näiteks UP200St (26kHz, 200W).
BNNT-ide vesidispersioon ultraheli abil
Tänu oma tugevatele van der Waalsi koostoimetele ja hüdrofoobsele pinnale on boornitriidi nanotorud veepõhistes lahustes halvasti dispergeeruvad. Nende probleemide lahendamiseks kasutas Jeon et al. (2019) Pluronic P85 ja F127, millel on nii hüdrofiilsed rühmad kui ka hüdrofoobsed rühmad, et funktsionaliseerida BNNT ultrahelitöötluse all.
SEM-pildid lühematest BNNT-dest pärast erinevaid ultrahelitöötluse kestusi. Nagu näidatud, vähenevad nende BNNT-ide pikkused ultrahelitöötluse kumulatiivse kestuse suurenemisega.
(uuring ja pilt: Lee et al. 2012)
Boron Nitride nanolehtede pindaktiivse ainevaba koorimine ultrahelitöötluse abil
Lin et al. (2011) on puhas meetod kuusnurkse boornitriidi (h-BN) koorimiseks ja hajutamiseks. Kuusnurkne boornitriid peetakse traditsiooniliselt vees lahustumatuks. Kuid nad suutsid näidata, et vesi on efektiivne kihiliste h-BN struktuuride koorimiseks ultraheliuuringu abil, moodustades h-BN nanolehtede "puhta" vesi dispersiooni ilma pindaktiivsete ainete või orgaanilise funktsionaliseerimiseta. See ultraheli koorimisprotsess tootis vähe kihilisi h-BN nanolehti, samuti monokihilisi nanolehti ja nanoribboni liike. Enamik nanolehti olid vähendatud külgsuurustega, mis oli tingitud ultrahelitöötlusega seotud hüdrolüüsist tingitud h-BN-lähtelehtede lõikamisest (mida kinnitasid ammoniaagikatse ja spektroskoopia tulemused). Ultraheli indutseeritud hüdrolüüs soodustas ka h-BN nanolehtede koorimist, et aidata kaasa lahusti polaarsusele. H-BN nanolehed nendes "puhastes" vesidispersioonides näitasid head töödeldavust lahusemeetodite abil, säilitades nende füüsikalised omadused. Vees dispergeeritud h-BN nanolehtedel oli ka tugev afiinsus valkude, näiteks ferritiini suhtes, mis viitab sellele, et nanolehe pinnad olid kättesaadavad edasisteks biokonjugatsioonideks.
Boron Nitride nanotorude ultraheli suuruse vähendamine ja lõikamine
Boornitriidi nanotorude pikkus mängib olulist rolli BNNT-de hilisemal töötlemisel polümeerideks ja muudeks funktsionaliseeritud materjalideks. Seetõttu on oluline asjaolu, et BNNT-de ultrahelitöötlus lahustis ei suutnud mitte ainult eraldada BNNT-sid eraldi, vaid lühendada ka bambusest struktureeritud BNNT-sid kontrollitud tingimustes. Lühendatud BNNT-idel on komposiitpreparaadi ajal palju väiksem võimalus komplekteerimiseks. Lee al. (2012) näitas, et funktsionaliseeritud BNNT-de pikkusi saab ultraheliga tõhusalt lühendada >10 μm-lt ∼500nm-ni. Nende katsed näitavad, et BNNT efektiivne ultraheli dispersioon lahuses on vajalik BNNT suuruse vähendamise ja lõikamise selliseks lõikamiseks.
c) Hästi lagunenud mPEG- DSPE/BNNT-d vees (pärast 2 h ultrahelitöötlust). d) MPEG-DSPE molekuliga funktsionaliseeritud BNNT skemaatiline esindaja
(uuring ja pilt: Lee et al. 2012)
Ultraheli homogenisaator UP400St boornitriidi nanotorude (BNNTs) hajutamiseks
Suure jõudlusega ultrasonikaatorid BNNT töötlemiseks
Hielscheri ultrasonikaatorite nutikad omadused on mõeldud usaldusväärse töö, reprodutseeritavate tulemuste ja kasutajasõbralikkuse tagamiseks. Tööseadetele pääseb hõlpsasti ligi ja neid saab valida intuitiivse menüü kaudu, millele pääseb ligi digitaalse värvilise puuteekraani ja brauseri kaugjuhtimispuldi kaudu. Seetõttu registreeritakse kõik töötlemistingimused, nagu netoenergia, koguenergia, amplituud, aeg, rõhk ja temperatuur, automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil vaadata ja võrrelda varasemaid ultrahelitöötluse jookse ning optimeerida boornitriidi nanotorude ja nanomaterjalide koorimis- ja hajutamisprotsessi suurima efektiivsusega.
Hielscher Ultrasonics süsteeme kasutatakse kogu maailmas kvaliteetsete BNNT-de tootmiseks. Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid võivad pidevas töös kergesti käivitada kõrge amplituudi (24/7/365). Kuni 200 μm amplituudi saab kergesti pidevalt genereerida standardsete sonotroodidega (ultraheli sondid / sarved). Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Tänu oma töökindlusele ja madalale hooldusele paigaldatakse meie ultraheli koorimis- ja dispersioonisüsteemid tavaliselt raskeveokite rakendustele ja nõudlikes keskkondades.
Hielscher ULTRASONICS’ tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeamplituudi. Amplituude kuni 200 μm saab kergesti pidevalt käivitada 24 / 7 operatsiooni. Isegi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.
Hielscheri ultraheli protsessorid boornitriidi nanotorude, samuti CNT-de ja grafeeni hajutamiseks ja koorimiseks on juba ülemaailmselt kaubanduslikul tasandil paigaldatud. Võtke meiega kohe ühendust, et arutada oma BNNT tootmisprotsessi! Meie kogenud töötajad jagavad hea meelega rohkem teavet koorimisprotsessi, ultraheli süsteemide ja hinnakujunduse kohta!
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:
| partii Köide | flow Rate | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 kuni 20 l | 0.2 kuni 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 l | 2 kuni 10 l / min | UIP4000hdT |
| e.k. | 10 kuni 100 l / min | UIP16000 |
| e.k. | suurem | klastri UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus/viited
- 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.
Faktid Tasub teada
Boor Nitriid Nanotorud ja nanomaterjalid
Boornitriidi nanotorud pakuvad unikaalset aatomistruktuuri, mis on kokku pandud kuusnurkses võrgus paigutatud boori ja lämmastiku aatomitest. See struktuur annab BNNT-le arvukalt suurepäraseid olemuslikke omadusi, nagu suurepärane mehaaniline tugevus, kõrge soojusjuhtivus, elektriliselt isoleeriv käitumine, piesoelektriline omadus, neutronite varjestusvõime ja oksüdatsioonikindlus. 5 eV riba vahet saab häälestada ka põikielektriväljade abil, mis muudavad BNNT-d elektrooniliste seadmete jaoks huvitavaks. Lisaks on BNNT-idel kõrge oksüdatsioonikindlus kuni 800 °C, nad näitavad suurepärast piesoelektrilisust ja võivad olla hea toatemperatuuril vesiniku säilitamise materjal.
BNNTs vs grafeen: BNNT-d on grafeeni struktuurianaloogid. Peamine erinevus boornitriidil põhinevate nanomaterjalide ja nende süsinikupõhiste vastete vahel on aatomite vaheliste sidemete olemus. Süsiniku nanomaterjalides sisalduv side C-C on puhta kovalentse iseloomuga, samas kui B-N sidemed kujutavad endast osaliselt ioonset iseloomu sp2 hübridiseeritud B-N e−paaride tõttu. (vrd Emanet et al. 2019)
BNNTs vs Süsiniku nanotorud: Boornitriid nanotorud (BNNTs) on sarnane torukujuline nanostruktuur süsiniku nanotorud (CNTs), kus boor ja lämmastiku aatomid paigutatud kuusnurkne võrk.
Xenes: Xenes on 2D, monoelementaalsed nanomaterjalid. Silmapaistvad näited on borofeen, galleen, silicene, germaneen, staneen, fosforeen, arseen, antimoneen, bismuteen, tellureen ja seleen. Xenidel on erakordsed materiaalsed omadused, millel on seega potentsiaal murda läbi teiste 2D-materjalide praktiliste rakendustega seotud piirangud. Lisateave ksenide ultraheli koorimise kohta!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid Lab et tööstuslik suurus.