Boornitriidi nanotorud – Kooritud ja hajutatud ultrahelitöötluse abil

Ultraheli rakendatakse edukalt boornitriidi nanotorude (BNNT) töötlemiseks ja hajutamiseks. Kõrge intensiivsusega ultrahelitöötlus tagab homogeense eemaldamise ja jaotumise erinevates lahendustes ning on seega oluline töötlemismeetod BNNT-de lisamiseks lahendustesse ja maatriksitesse.

Boornitriidi nanotorude ultraheli töötlemine

Boornitriidi nanotorude (BNNT) või boornitriidi nanostruktuuride (BNN) (nt nanolehed ja nanoribbonid) lisamiseks vedelatesse lahustesse või polümeersetesse maatriksitesse on vaja tõhusat ja usaldusväärset dispersioonitehnikat. Ultraheli dispersioon annab vajaliku energia boornitriidi nanotorude ja boornitriidi nanostruktuuride koorimiseks, detangeerimiseks, hajutamiseks ja funktsionaliseerimiseks kõrge efektiivsusega. Suure intensiivsusega ultraheli täpselt kontrollitavad töötlemisparameetrid (st energia, amplituud, aeg, temperatuur ja rõhk) võimaldavad töötlemistingimusi individuaalselt kohandada soovitud protsessi eesmärgiga. See tähendab, et ultraheli intensiivsust saab reguleerida konkreetse koostise suhtes (BNNT-de kvaliteet, lahusti, tahke-vedeliku kontsentratsioon jne), saades seeläbi optimaalsed tulemused.

Ultraheli BNNT ja BNN töötlemise rakendused hõlmavad kogu valikut kahemõõtmeliste boornitriidi nanostruktuuride (2D-BNN) homogeensest dispersioonist kuni nende funktsionaliseerimiseni ja ühekihilise kuusnurkse boornitriidi keemilise koorimiseni. Allpool tutvustame üksikasju ultraheli dispersiooni, koorimise ja BNNT-de ja BNN-ide funktsionaliseerimise kohta.

Boornitriidi nanotorude ultraheli dispersioon

Kui boornitriidi nanotorusid (BNNT) kasutatakse polümeeride tugevdamiseks või uute materjalide sünteesimiseks, on vaja ühtlast ja usaldusväärset dispersiooni maatriksisse. Ultraheli dispergeerijaid kasutatakse laialdaselt nanomaterjalide, näiteks CNT-de, metalliliste nanoosakeste, südamikukesta osakeste ja muud tüüpi nanoosakeste hajutamiseks teise faasi.
Ultraheli dispersiooni on edukalt rakendatud BNNT-de ühtlaseks eemaldamiseks ja jaotamiseks vesi- ja mittevesilahustes, sealhulgas etanoolis, PVP etanoolis, TX100 etanoolis ja mitmesugustes polümeerides (nt polüuretaan).
Ultraheliga valmistatud BNNT dispersiooni stabiliseerimiseks kasutatav pindaktiivne aine on 1%wt naatriumdodetsüülsulfaadi (SDS) lahus. Näiteks 5 mg BNNT-d on ultraheli dispergeeritud viaalis 5 ml 1% wt. SDS-lahus, kasutades ultraheli sondi tüüpi dispergeerijat, näiteks UP200St (26kHz, 200W).

BNNT-de vesidispersioon ultraheli abil

Tänu oma tugevale van der Waalsi interaktsioonile ja hüdrofoobsele pinnale on boornitriidi nanotorud veepõhistes lahustes halvasti dispergeeruvad. Nende probleemide lahendamiseks kasutasid Jeon jt (2019) Pluronic P85 ja F127, millel on nii hüdrofiilsed rühmad kui ka hüdrofoobsed rühmad, et funktsionaliseerida BNNT ultrahelitöötluse all.

Boornitriidi nanolehtede pindaktiivse ainevaba koorimine ultrahelitöötluse abil

Lin et al. (2011) present a clean method of exfoliation and dispersion of hexagonal boron nitride (h-BN). Hexagonal boron nitride is traditionally considered to be insoluble in water. However, they were able to demonstrate that water is effective to exfoliate the layered h-BN structures using ultrasonication, forming “puhas” aqueous dispersions of h-BN nanosheets without the use of surfactants or organic functionalization. This ultrasonic exfoliation process produced few-layered h-BN nanosheets as well as monolayered nanosheet and nanoribbon species. Most nanosheets were of reduced lateral sizes, which was attributed to the cutting of parent h-BN sheets induced by the sonication-assisted hydrolysis (corroborated by the ammonia test and spectroscopy results). The ultrasonically induced hydrolysis also promoted the exfoliation of h-BN nanosheets in assistance to the polarity effect of the solvent. The h-BN nanosheets in these “puhas” aqueous dispersions exhibited good processability via solution methods retaining their physical characteristics. The dispersed h-BN nanosheets in water also exhibited strong affinity toward proteins such as ferritin, suggesting that the nanosheet surfaces were available for further bio-conjugations.

Sono-mehaaniline dispersioonimeetod, mis kasutab ultraheli kavitatsiooni ja nihkejõude, on puhtalt füüsiline segamismeetod, mis on osutunud võimeliseks BNNT-sid debundeerima ja stabiliseerima üksikuid BNNT-sid, säilitades samal ajal nende terviklikkuse ja sisemised omadused. Rakendades sobivat ultraheli energiat (Ws? ml), s.t. kohandatud amplituudi ja ultrahelitöötluse kestus, ultraheli dispersioon võib BNNTS-i ühtlaselt eemaldada ja hajutada. Suuremaid amplituudid ja pikemat ultrahelitöötlust saab rakendada, kui boornitriidi nanotorude pikkust tuleks vähendada. Lisateavet ultraheli suuruse vähendamise ja BNNT-de pikkuse lõikamise kohta leiate järgmisest jaotisest.

Boornitriidi nanotorude ultraheli suuruse vähendamine ja lõikamine

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.

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid BNNT töötlemiseks

Hielscheri ultrasonikaatorite nutikad omadused on loodud usaldusväärse töö, reprodutseeritavate tulemuste ja kasutajasõbralikkuse tagamiseks. Tööseadetele pääseb hõlpsasti juurde ja neid saab valida intuitiivse menüü kaudu, millele pääseb juurde digitaalse värvilise puuteekraani ja brauseri kaugjuhtimispuldi kaudu. Seetõttu salvestatakse kõik töötlemistingimused, nagu netoenergia, koguenergia, amplituud, aeg, rõhk ja temperatuur, automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil läbi vaadata ja võrrelda varasemaid ultrahelitöötluse käike ning optimeerida boornitriidi nanotorude ja nanomaterjalide koorimis- ja dispersiooniprotsessi kõrgeima efektiivsusega.
Hielscher Ultrasonics süsteeme kasutatakse kogu maailmas kvaliteetsete BNNT-de tootmiseks. Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid võivad pidevas töös kergesti käivitada kõrge amplituudiga (24/7/365). Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt genereerida standardsete sonotroodidega (ultraheli sondid? sarved). Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Tänu oma vastupidavusele ja madalale hooldusele on meie ultraheli koorimis- ja dispersioonisüsteemid tavaliselt paigaldatud raskeveokite rakendustele ja nõudlikes keskkondades.
Hielscher Ultrasonics’ Tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.
Hielscheri ultraheli protsessorid boornitriidi nanotorude hajutamiseks ja koorimiseks, samuti CNT-d ja grafeen on juba kaubanduslikul tasandil paigaldatud kogu maailmas. Võtke meiega kohe ühendust, et arutada oma BNNT tootmisprotsessi! Meie kogenud töötajad jagavad hea meelega rohkem teavet koorimisprotsessi, ultraheli süsteemide ja hinnakujunduse kohta!
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: