سنتز بوروفن التراسونیک در مقیاس صنعتی
بوروفن، یک مشتق نانوساختار دو بعدی از بور، می تواند به طور موثر از طریق لایه برداری اولتراسونیک آسان و کم هزینه سنتز شود. لایه برداری فاز مایع اولتراسونیک را می توان برای تولید مقادیر زیادی از نانوصفحات بوروفن با کیفیت بالا استفاده کرد. تکنیک لایه برداری اولتراسونیک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد برای تولید نانومواد 2D (به عنوان مثال، گرافن) و به خوبی برای مزایای آن از نانوصفحات با کیفیت بالا، عملکرد بالا، عملیات سریع و آسان، و همچنین بهره وری کلی شناخته شده است.
روش لایه برداری اولتراسونیک برای آماده سازی بوروفن
لایه برداری فاز مایع التراسونیک رانده شده است که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد برای تهیه نانوصفحات دو بعدی از پیش سازهای مختلف فله از جمله گرافیت (گرافن)، بور (بوروفن) در میان دیگران. در مقایسه با روش لایه برداری شیمیایی، لایه برداری فاز مایع به کمک اولتراسونیک به عنوان استراتژی امیدوار کننده تر برای تهیه نانوساختارهای 0D و 2D مانند نقاط کوانتومی بور (BQDs) و بوروفن در نظر گرفته می شود. (رجوع کنید به وانگ و همکاران، 2021)
طرح سمت چپ نشان می دهد فرایند لایه برداری مایع مافوق صوت درجه حرارت پایین از ورق های بوروفن چند لایه دو بعدی. (مطالعه و تصویر: ©لین و همکاران، 2021.)
راکتور سونوشیمیایی مجهز به یک 2000 وات پردازنده اولتراسونیک صنعتی UIP2000hdT برای لایه برداری بوروفن در مقیاس بزرگ.
مطالعات موردی لایه برداری اولتراسونیک بوروفن
لایه برداری و لایه لایه برداری با استفاده از فراصوت قدرت در یک فرآیند فاز مایع به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفته و با موفقیت بر روی بوروفن و سایر مشتقات بور مانند نقاط کوانتومی بور، نیترید بور یا دی بورید منیزیم اعمال شده است.
α-بوروفن
در مطالعه ای که توسط Göktuna و Taşaltın (2021) انجام شد، بوروفن α از طریق لایه برداری اولتراسونیک آسان و کم هزینه تهیه شد. نانوصفحات بوروفن سنتز شده با التراسونیک ساختار کریستالی بوروفن α را نشان می دهند.
پروتکل: 100 میلی گرم میکروذرات بور در 100 میلی لیتر DMF در 200 وات (به عنوان مثال با استفاده از UP200St با S26d14) به مدت 4 ساعت در یک نیتروژن (NH2S) کابین کنترل شده جریان برای جلوگیری از اکسیداسیون در طی فرآیند لایه برداری فاز مایع اولتراسونیک. محلول ذرات بور لایه برداری شده به ترتیب با 5000 دور در دقیقه و 12000 دور در دقیقه به مدت 15 دقیقه سانتریفیوژ شد، سپس بوروفن با دقت جمع آوری و در محیط خلاء به مدت 4 ساعت در دمای 50 درجه سانتی گراد خشک شد (رجوع کنید به Göktuna and Taşaltın، 2021)
تصویر شماتیک بوروفن با چند لایه لایه برداری شده توسط فرآیند درمان محلول حرارتی به کمک اولتراسونیک کاوشگر.
مطالعه و تصویر: ©ژانگ و همکاران، 2020
بوروفن چند لایه
ژانگ و همکاران (2020) یک روش لایه برداری فاز مایع محلول استون را گزارش می دهند که امکان تولید بوروفن با کیفیت بالا با اندازه افقی بزرگ را فراهم می کند. با استفاده از اثر تورمی استون، پیش ساز پودر بور ابتدا در استون خیس شد. سپس, پیش ساز بور خیس بیشتر solvothermally در استون در 200 درجه سانتیگراد درمان شد, پس از فراصوت با یک پروب نوع فراصوت در 225 W به مدت 4 ساعت. در نهایت بوروفن با چند لایه بور و اندازه افقی تا 05/5 میلی متر به دست آمد. از تکنیک لایه برداری فاز مایع به کمک محلول ترمی استون می توان برای تهیه نانوصفحات بور با اندازه های افقی بزرگ و با کیفیت بالا استفاده کرد. (رجوع کنید به ژانگ و همکاران، 2020)
هنگامی که الگوی XRD از بوروفن لایه برداری اولتراسونیک با پیش ساز بور فله مقایسه می شود، الگوی XRD مشابهی را می توان مشاهده کرد. بیشتر پیک های پراش اصلی را می توان به بور b-rhombohedral نمایه کرد، که نشان می دهد ساختار کریستالی تقریبا قبل و بعد از درمان لایه برداری حفظ شده است.
تصاویر SEM با وضوح پایین (a) و وضوح بالا (b) بوروفن با چند لایه به دست آمده توسط لایه برداری محلول حرارتی به کمک اولتراسونیک در استون
مطالعه و تصویر: ©ژانگ و همکاران، 2020
الگوهای XRD (a) و طیف رامان (b) از بور فله ای و بوروفن درمان نشده با چند لایه به دست آمده توسط لایه برداری حل حرارتی به کمک اولتراسونیک کاوشگر.
مطالعه و تصویر: ©ژانگ و همکاران، 2020
سنتز سونوشیمیایی نقاط کوانتومی بور
هائو و همکاران (2020) با موفقیت نقاط کوانتومی بور نیمه هادی کریستالی (BQDs) در مقیاس بزرگ و یکنواخت را از پودر بور منبسط شده در استونیتریل ، یک حلال آلی بسیار قطبی ، با استفاده از یک اولتراسونیک از نوع پروب قدرتمند (به عنوان مثال ، UP400St، UIP500hdT یا UIP1000hdT). نقاط کوانتومی بور سنتز شده با اندازه جانبی 46/2 ±4/0 نانومتر و ضخامت 81/2 ±5/0 نانومتر است.
پروتکل: در آماده سازی معمولی از نقاط کوانتومی بور، 30 میلی گرم از پودر بور ابتدا به یک فلاسک سه گردن اضافه شد و سپس 15 میلی لیتر استونیتریل به بطری قبل از فرآیند فراصوت اضافه شد. لایه برداری با توان خروجی 400 وات انجام شد (به عنوان مثال، با استفاده از UIP500hdT)، فرکانس 20 کیلوهرتز و زمان اولتراسونیک 60 دقیقه. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد محلول در طول فراصوت ، خنک کننده با استفاده از حمام یخ یا چیلر آزمایشگاهی برای دمای ثابت استفاده شد. محلول حاصل در 1500 دور در دقیقه به مدت 60 دقیقه سانتریفیوژ شد. مایع رویی حاوی نقاط کوانتومی بور به آرامی استخراج شد. تمام آزمایش ها در دمای اتاق انجام شد. (رجوع کنید به هائو و همکاران، 2020)
در مطالعه وانگ و همکاران (2021)، محقق با استفاده از تکنیک لایه برداری فاز مایع اولتراسونیک نیز نقاط کوانتومی بور را آماده کرد. آنها نقطه کوانتومی بور تک پراکنده با توزیع اندازه باریک، پراکندگی عالی، پایداری بالا در محلول IPA و فلورسانس دو عکس به دست آمدند.
تصاویر TEM و توزیع قطر مربوطه BQD ها در شرایط اولتراسونیک متفاوت تهیه شده است. (الف) تصویر TEM BQDs-2 سنتز شده در 400 وات به مدت 2 ساعت. (ب) تصویر TEM BQDs-3 سنتز شده در 550 وات به مدت 1 ساعت. (ج) تصویر TEM از BQDs-3 سنتز شده در 400 وات به مدت 4 ساعت. (د) توزیع قطر نقاط کوانتومی به دست آمده از (الف). (ه) توزیع قطر نقاط کوانتومی به دست آمده از (ب). (f) توزیع قطر نقاط کوانتومی که از (c) به دست می آیند.
مطالعه و تصویر: ©هائو و همکاران، 2020
لایه برداری التراسونیک از نانوصفحات منیزیم Diboride
فرآیند لایه برداری با تعلیق 450 میلی گرم دی بورید منیزیم انجام شد
(میلی گرمH2S) پودر (تقریبا 100 اندازه مش / 149 میکرون) در 150 میلی لیتر آب و قرار گرفتن آن در معرض امواج فراصوت به مدت 30 دقیقه. لایه برداری اولتراسونیک را می توان با یک اولتراسونیک از نوع پروب مانند انجام تا 200 هرتز یا UP400St با دامنه 30٪ و حالت چرخه پالس های روشن/خاموش 10 ثانیه. لایه برداری اولتراسونیک منجر به تعلیق سیاه تیره می شود. رنگ سیاه را می توان به رنگ پودر MgB2 بکر نسبت داد.
دنباله ای با سرعت بالا (از a تا f) از قاب هایی که لایه برداری سونومکانیکی یک پوسته گرافیت در آب را با استفاده از UP200S، یک اولتراسونیک 200 وات با سونوترود 3 میلی متر. فلش ها محل شکاف (لایه برداری) را با حباب های کاویتاسیون که به شکاف نفوذ می کنند نشان می دهند.
© تیرنینا و همکاران 2020
ultrasonicators قدرتمند برای لایه برداری بوروفن در هر مقیاس
Hielscher مافوق صوت طراحی، تولید، و توزیع ultrasonicators قوی و قابل اعتماد در هر اندازه. از دستگاه های اولتراسونیک آزمایشگاه جمع و جور به پروب اولتراسونیک صنعتی و راکتورها، Hielscher دارای سیستم مافوق صوت ایده آل برای فرآیند شما. با تجربه طولانی مدت در کاربردهایی مانند سنتز و پراکندگی نانومواد، کارکنان آموزش دیده ما مناسب ترین تنظیمات را برای نیازهای YPOUR به شما توصیه می کنند. پردازنده های اولتراسونیک صنعتی Hielscher به عنوان اسب کار قابل اعتماد در تاسیسات صنعتی شناخته شده. قادر به ارائه دامنه های بسیار بالا، مافوق صوت Hielscher ایده آل برای برنامه های کاربردی با کارایی بالا مانند بوروفن یا لایه برداری گرافن و همچنین پراکندگی نانومواد هستند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.
کلیه تجهیزات در دفتر مرکزی ما در آلمان طراحی و ساخته می شود. قبل از تحویل به مشتری، هر دستگاه اولتراسونیک با دقت تحت بار کامل آزمایش می شود. ما برای رضایت مشتری تلاش می کنیم و تولید ما به گونه ای طراحی شده است که بالاترین تضمین کیفیت (به عنوان مثال، گواهینامه ISO) را برآورده کند.
- راندمان بالا
- تکنولوژی روز
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- دسته & درون خطی
- برای هر حجمی
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مثال، پروتکل داده ها)
- CIP (تمیز کردن در محل)
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- 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.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
بوروفن
بوروفن یک تک لایه اتمی کریستالی از بور است، یعنی یک آلوتروپ دو بعدی از بور است (که به آن نانوورق بور نیز گفته می شود). ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد آن، بوروفن را به ماده ای ارزشمند برای کاربردهای صنعتی متعدد تبدیل می کند.
خواص فیزیکی و شیمیایی استثنایی بوروفن شامل جنبه های منحصر به فرد مکانیکی، حرارتی، الکترونیکی، نوری و ابررسانا است.
این امکان استفاده از بوروفن را برای کاربردها در باتری های یونی فلز قلیایی، باتری های Li-S، ذخیره هیدروژن، ابرخازن، کاهش و تکامل اکسیژن و همچنین واکنش کاهش الکتریکی CO2 باز می کند. به ویژه علاقه زیادی به بوروفن به عنوان یک ماده آند برای باتری ها و به عنوان ماده ذخیره سازی هیدروژن وجود دارد. با توجه به ظرفیت های خاص نظری بالا، هدایت الکترونیکی و خواص انتقال یونی، بوروفن به عنوان ماده آند عالی برای باتری ها واجد شرایط است. با توجه به ظرفیت جذب بالای هیدروژن به بوروفن ، پتانسیل زیادی برای ذخیره هیدروژن ارائه می دهد - با ظرفیت stroage بیش از 15٪ از وزن آن.
بوروفن برای ذخیره هیدروژن
مواد دو بعدی (دو بعدی) بر پایه بور به دلیل جرم اتمی پایین بور و پایداری تزئین فلزات قلیایی بر روی سطح، به عنوان محیط ذخیره سازی H2 مورد توجه قرار گرفته اند که باعث افزایش برهمکنش با H2 می شود. نانوصفحات بوروفن دو بعدی، که می توانند به راحتی با استفاده از لایه برداری فاز مایع اولتراسونیک همانطور که در بالا توضیح داده شد، سنتز شوند، میل ترکیبی خوبی برای اتم های مختلف تزئین فلز نشان داده اند، که در آن خوشه بندی اتم های فلز می تواند رخ دهد. با استفاده از انواع تزیینات فلزی مانند Li، Na، Ca و Ti بر روی پلی مورف های مختلف بوروفن، چگالی وزن سنجی H2 چشمگیر بین 6 تا 15 درصد وزنی به دست آمده است که بیش از نیاز وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) برای ذخیره سازی 5/6 درصد وزنی H2 در کشتی است. (رجوع کنید به حبیبی و همکاران، 2021)
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.