Boorinitridinanoputket – Kuorittu ja dispergoitu sonikaatiolla

Ultrasonicationia sovelletaan menestyksekkäästi boorinitridinanoputkien (BNNT) käsittelyyn ja dispersioon. Korkean intensiteetin sonikaatio tarjoaa homogeenisen detanglingin ja jakautumisen erilaisissa ratkaisuissa ja on siten ratkaiseva käsittelytekniikka BNNT: iden sisällyttämiseksi liuoksiin ja matriiseihin.

Boorinitridinanoputkien ultraäänikäsittely

Boorinitridinanoputkien (BNNT) tai boorinitridinanorakenteiden, kuten nanolevyjen ja nanonauhojen, sisällyttämiseksi nestemäisiin liuoksiin tai polymeerimatriiseihin tarvitaan tehokas ja luotettava dispersiotekniikka. Ultraäänidispersio tarjoaa tarvittavan energian boorinitridinanoputkien ja boorinitridinanorakenteiden kuorimiseksi, irrottamiseksi, hajottamiseksi ja funktionalisoimiseksi tehokkaasti. Korkean intensiteetin ultraäänen tarkasti hallittavat käsittelyparametrit (eli energia, amplitudi, aika, lämpötila ja paine) mahdollistavat käsittelyolosuhteiden yksilöllisen säätämisen kohdennettuun prosessitavoitteeseen. Tämä tarkoittaa, että ultraääniintensiteettiä voidaan säätää spesifisen formulaation suhteen (BNNT: n laatu, liuotin, kiinteän nesteen pitoisuus jne.), Näin saadaan optimaaliset tulokset.

Ultraääni-BNNT- ja BNN-käsittelyn sovellukset kattavat koko alueen kaksiulotteisten boorinitridinanorakenteiden (2D-BNN) homogeenisesta dispersiosta niiden funktionalisointiin ja yksikerroksisen kuusikulmaisen boorinitridin kemialliseen kuorintaan. Alla esitämme yksityiskohdat BNNT: n ja BNN: n ultraäänidispersiosta, kuorinnasta ja funktionalisoinnista.

Boorinitridinanoputkien ultraäänidispersio

Kun boorinitridinanoputkia (BNNT) käytetään polymeerien vahvistamiseen tai uusien materiaalien syntetisoimiseen, tarvitaan tasainen ja luotettava dispersio matriisiin. Ultraäänidispergointilaitteita käytetään laajalti nanomateriaalien, kuten CNT: iden, metallisten nanohiukkasten, ydinkuorihiukkasten ja muun tyyppisten nanohiukkasten hajottamiseen toiseen vaiheeseen.
Ultraäänidispersiota on käytetty menestyksekkäästi BNNT: iden irrottamiseen ja jakamiseen tasaisesti vesipitoisissa ja ei-vesiliuoksissa, mukaan lukien etanoli, PVP-etanoli, TX100-etanoli sekä erilaiset polymeerit (esim. polyuretaani).
Yleisesti käytetty pinta-aktiivinen aine ultraäänellä valmistetun BNNT-dispersion stabiloimiseksi on 1% wt natriumdodekyylisulfaatti (SDS) -liuos. Esimerkiksi 5 mg BNNT: t dispergoidaan ultraäänellä injektiopulloon, jossa on 5 ml 1% wt. SDS-liuos, jossa käytetään ultraäänianturityyppistä dispergointilaitetta, kuten UP200St (26 kHz, 200 W).

BNNT: n vesidispersio ultraäänellä

Vahvan van der Waalsin vuorovaikutuksen ja hydrofobisen pinnan vuoksi boorinitridinanoputket ovat huonosti dispergoituvia vesipohjaisissa liuoksissa. (2019) käytti Pluronic P85: tä ja F127: ää, joilla on sekä hydrofiilisiä ryhmiä että hydrofobisia ryhmiä BNNT: n funktionalisoimiseksi sonikaatiossa.

Boorinitridinanoarkkien pinta-aktiivinen kuorinta sonikaatiolla

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 “puhdas” 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 “puhdas” 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.

Sonomekaaninen dispersiomenetelmä, jossa käytetään ultraäänikavitaatiota ja leikkausvoimia, on puhtaasti fyysinen sekoitusmenetelmä, jonka on osoitettu kykenevän erottamaan BNNT: t ja stabiloimaan yksittäiset BNNT: t säilyttäen samalla niiden eheyden ja sisäiset ominaisuudet. Soveltamalla sopivaa ultraäänienergiaa (Ws? ml), eli säädettyä amplitudia ja sonikaatioaikaa, ultraäänidispersio voi irrottaa ja hajottaa BNNTS: n tasaisesti. Korkeampia amplitudit ja pidempi sonikaatio voidaan soveltaa, jos boorinitridinanoputkien pituutta on vähennettävä. Lue lisää BNNT: n ultraäänikoon pienentämisestä ja pituuden leikkaamisesta seuraavassa osassa.

Boorinitridinanoputkien ultraäänikoon pienentäminen ja leikkaaminen

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.

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat BNNT-käsittelyyn

Hielscher-ultraäänilaitteiden älykkäät ominaisuudet on suunniteltu takaamaan luotettava toiminta, toistettavat tulokset ja käyttäjäystävällisyys. Käyttöasetuksiin pääsee helposti käsiksi ja niihin voi valita intuitiivisen valikon kautta, johon pääsee digitaalisen värikosketusnäytön ja selaimen kaukosäätimen kautta. Siksi kaikki käsittelyolosuhteet, kuten nettoenergia, kokonaisenergia, amplitudi, aika, paine ja lämpötila, tallennetaan automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille. Näin voit tarkistaa ja verrata aiempia sonikaatioajoja ja optimoida boorinitridinanoputkien ja nanomateriaalien kuorinta- ja dispersioprosessin mahdollisimman tehokkaasti.
Hielscher Ultrasonics -järjestelmiä käytetään maailmanlaajuisesti korkealaatuisten BNNT: iden valmistukseen. Hielscherin teolliset ultraäänilaitteet voivat helposti ajaa suuria amplitudit jatkuvassa toiminnassa (24/7/365). Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti tuottaa jatkuvasti tavallisilla sonotrodeilla (ultraäänianturit? sarvet). Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Kestävyytensä ja vähäisen huoltonsa vuoksi ultraäänikuorinta- ja dispersiojärjestelmämme asennetaan yleisesti raskaisiin sovelluksiin ja vaativiin ympäristöihin.
Hielscher Ultrasonics’ Teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja.
Hielscherin ultraääniprosessorit boorinitridinanoputkien sekä CNT: iden ja grafeenin dispersioon ja kuorintaan on jo asennettu maailmanlaajuisesti kaupallisessa mittakaavassa. Ota yhteyttä keskustellaksesi BNNT-valmistusprosessistasi! Kokenut henkilökuntamme jakaa mielellään lisätietoja kuorintaprosessista, ultraäänijärjestelmistä ja hinnoittelusta!
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: