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 rada boornitriidi nanotasside sünteesimiseks
(uuring ja graafik: Yu et al. 2012)
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.

Ultraheli dispergeerijate paigaldamine (2x UIP1000hdT) boornitriidi nanotorude tööstuslikuks töötlemiseks
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.

SEM-pildid lühendatud BNNT-dest pärast erinevaid ultrahelitöötluse kestusi. Nagu näidatud, vähenevad nende BNNT-de pikkused kumulatiivse ultrahelitöötluse kestuse suurenemisega.
(uuring ja pilt: Lee et al. 2012)
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.
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.

c) Hästi dispereeritud mPEG- DSPE/BNNT-d vees (pärast 2 tundi ultrahelitöötlust). d) mPEG-DSPE molekuliga funktsionaliseeritud BNNT skemaatiline esindaja
(uuring ja pilt: Lee et al. 2012)

Ultraheli homogenisaator UP400St boornitriidi nanotorude (BNNT) dispersiooniks
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:
Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
---|---|---|
1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml? min | UP100H |
10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L? min | UIP2000hdT |
10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
mujal liigitamata | 10 kuni 100 L? min | UIP16000 |
mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust!? Küsi meilt!
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, mida tasub teada
Boornitriidi nanotorud ja nanomaterjalid
Boornitriidi nanotorud pakuvad ainulaadset aatomstruktuuri, mis on kokku pandud boori ja lämmastiku aatomitest, mis on paigutatud kuusnurksesse võrku. See struktuur annab BNNT-le arvukalt suurepäraseid sisemisi omadusi, nagu suurepärane mehaaniline tugevus, kõrge soojusjuhtivus, elektriliselt isoleeriv käitumine, piesoelektriline omadus, neutronite varjestusvõime ja oksüdatsioonikindlus. 5 eV ribalaiust saab häälestada ka põikisuunaliste elektriväljade abil, mis muudavad BNNT-d elektroonikaseadmete jaoks huvitavaks. Lisaks on BNNT-del kõrge oksüdatsioonikindlus kuni 800 °C, neil on suurepärane piesoelektrilisus ja need võivad olla hea toatemperatuuriga vesiniku salvestusmaterjal.
BNNT-d vs grafeen: BNNT-d on grafeeni struktuursed analoogid. Peamine erinevus boornitriidipõhiste nanomaterjalide ja nende süsinikupõhiste analoogide vahel on aatomite vaheliste sidemete olemus. Süsiniku nanomaterjalides sisalduval sidemel C-C on puhas kovalentne iseloom, samas kui B-N sidemetel on osaliselt ioonne iseloom, mis on tingitud sp2 hübridiseeritud B-N e-paaridest. (vrd Emanet et al. 2019)
BNNT-d vs süsiniknanotorud: boornitriidi nanotorudel (BNNT) on sarnane torukujuline nanostruktuur süsiniku nanotorudega (CNT), milles boori- ja lämmastikuaatomid on paigutatud kuusnurksesse võrku.
Xenes: Xenes on 2D, monoelementaalsed nanomaterjalid. Silmapaistvad näited on borofeen, galleen, silicene, germanene, stanene, fosforeen, arseen, antimoneen, vismuteen, tellureen ja seleneen. Xenesil on erakordsed materjaliomadused, mis võivad seega murda läbi teiste 2D-materjalide praktiliste rakendustega seotud piirangutest. Lisateave kseenide ultraheli koorimise kohta!

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.