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

(2011) esittävät puhtaan menetelmän kuusikulmaisen boorinitridin (h-BN) kuorimiseksi ja dispersioksi. Kuusikulmaista boorinitridiä pidetään perinteisesti veteen liukenemattomana. He pystyivät kuitenkin osoittamaan, että vesi on tehokas kuorimaan kerrostetut h-BN-rakenteet ultraäänellä, muodostaen h-BN-nanoarkkien "puhtaita" vesidispersioita ilman pinta-aktiivisia aineita tai orgaanista funktionalisointia. Tämä ultraäänikuorintaprosessi tuotti muutamia kerroksisia h-BN-nanosheettejä sekä yksikerroksisia nanosheet- ja nanoribbon-lajeja. Useimmat nanolevyt olivat pienempiä sivukokoja, mikä johtui sonikaatioavusteisen hydrolyysin aiheuttamasta vanhempien h-BN-levyjen leikkaamisesta (ammoniakkitestin ja spektroskopiatulosten vahvistama). Ultraäänellä indusoitu hydrolyysi edisti myös h-BN-nanoarkkien kuorintaa liuottimen napaisuusvaikutuksen auttamiseksi. Näissä "puhtaissa" vesidispersioissa olevilla h-BN-nanosheeteillä oli hyvä prosessoitavuus liuosmenetelmillä, jotka säilyttivät fysikaaliset ominaisuutensa. Veteen dispergoituneilla h-BN-nanosheeteillä oli myös voimakas affiniteetti proteiineihin, kuten ferritiiniin, mikä viittaa siihen, että nanoarkkipinnat olivat käytettävissä muihin biokonjugaatioihin.

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

Boorinitridin nanoputkien pituudella on ratkaiseva merkitys, kun BNNT:tä käsitellään myöhemmin polymeereiksi ja muiksi funktionalisoiduiksi materiaaleiksi. Siksi on tärkeää, että BNNT:iden sonikointi liuottimessa ei ainoastaan erottanut BNNT:itä yksitellen, vaan myös lyhensi bamburakenteisia BNNT:itä kontrolloiduissa olosuhteissa. Lyhennetyillä BNNT:illä on paljon pienempi mahdollisuus niputukseen komposiittivalmistuksen aikana. Lee at al. (2012) osoittivat, että funktionalisoitujen BNNT:iden pituudet voidaan lyhentää tehokkaasti >10µm:stä ∼500nm:iin ultraäänellä. Heidän kokeensa viittaavat siihen, että BNNT: n tehokas ultraäänidispersio liuoksessa on tarpeen tällaiseen BNNT-koon pienentämiseen ja leikkaamiseen.

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: