બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ – સોનિકેશન દ્વારા સ્તરવિચ્છેદિત અને વિખેરિત
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ (BNNTs)ના પ્રોસેસિંગ અને વિખેરણ માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ થાય છે. ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળું સોનિકેશન વિવિધ દ્રાવણોમાં ગૂંચો એકસરખી રીતે ઉકેલે છે અને સમાન વિતરણ પૂરું પાડે છે, તેથી દ્રાવણો અને મેટ્રિક્સમાં BNNTsને સમાવિષ્ટ કરવા માટે તે એક નિર્ણાયક પ્રોસેસિંગ તકનીક છે.
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસિંગ
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ (BNNTs) અથવા નેનોશીટ્સ અને નેનોરિબન્સ જેવી બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોસંરચનાઓ (BNNs)ને પ્રવાહી દ્રાવણો અથવા પોલિમરીય મેટ્રિક્સમાં સમાવિષ્ટ કરવા માટે કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય વિખેરણ તકનીક જરૂરી છે. અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ અને બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોસંરચનાઓનું ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સાથે સ્તરવિચ્છેદન કરવા, તેમની ગૂંચો ઉકેલવા, તેમને વિખેરવા અને કાર્યાત્મક સમૂહોથી સંશોધિત કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા પૂરી પાડે છે. ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ચોકસાઈથી નિયંત્રિત કરી શકાય તેવા પ્રોસેસિંગ પરિમાણો (એટલે કે ઊર્જા, કંપનવિસ્તાર, સમય, તાપમાન અને દબાણ) લક્ષિત પ્રક્રિયા હેતુ અનુસાર પ્રોસેસિંગની પરિસ્થિતિઓને વ્યક્તિગત રીતે સમાયોજિત કરવાની સુવિધા આપે છે. આનો અર્થ એ છે કે ચોક્કસ ફોર્મ્યુલેશન (BNNTsની ગુણવત્તા, દ્રાવક, ઘન-પ્રવાહી સાંદ્રતા વગેરે) અનુસાર અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રતાને સમાયોજિત કરી શકાય છે, જેથી શ્રેષ્ઠતમ પરિણામો પ્રાપ્ત થાય છે.
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોકપ્સના સંશ્લેષણ માટેનો અલ્ટ્રાસોનિક માર્ગ
(અભ્યાસ અને આલેખ: Yu et al. 2012)
અલ્ટ્રાસોનિક BNNT અને BNN પ્રોસેસિંગના ઉપયોગો દ્વિપરિમાણીય બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોસંરચનાઓ (2D-BNNs)ના સમાન વિખેરણથી લઈને તેમના કાર્યાત્મક સમૂહો દ્વારા સંશોધન અને એકસ્તરીય ષટ્કોણીય બોરોન નાઇટ્રાઇડના રાસાયણિક સ્તરવિચ્છેદન સુધીની સમગ્ર શ્રેણીને આવરી લે છે. નીચે અમે BNNTs અને BNNsના અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ, સ્તરવિચ્છેદન અને કાર્યાત્મક સમૂહો દ્વારા સંશોધન વિશેની વિગતો રજૂ કરીએ છીએ.
અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરકો (2x UIP1000hdT) ની ઔદ્યોગિક સ્તરે બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સના પ્રોસેસિંગ માટે સ્થાપના
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ
જ્યારે બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ (BNNTs)નો ઉપયોગ પોલિમર્સને મજબૂત બનાવવા અથવા નવી સામગ્રીનું સંશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે, ત્યારે મેટ્રિક્સમાં તેમનું સમાન અને વિશ્વસનીય વિખેરણ જરૂરી બને છે. CNTs, ધાત્વિક નેનોકણો, કોર-શેલ કણો અને અન્ય પ્રકારના નેનોકણો જેવી નેનોસામગ્રીને બીજી પ્રાવસ્થામાં વિખેરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરકોનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.
ઇથેનોલ, PVP ધરાવતું ઇથેનોલ, TX100 ધરાવતું ઇથેનોલ તેમજ વિવિધ પોલિમર્સ (દા.ત. પોલિયુરેથીન) સહિતનાં જલીય અને બિનજલીય દ્રાવણોમાં BNNTsની ગૂંચો ઉકેલવા અને તેમનું સમાન વિતરણ કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરાયેલા BNNT વિખેરણને સ્થિર કરવા માટે સામાન્ય રીતે વપરાતું પૃષ્ઠસક્રિયકારક 1%wt સોડિયમ ડોડેસિલ સલ્ફેટ (SDS) દ્રાવણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, 5 mL 1%wt. SDS દ્રાવણ ધરાવતી વાયલમાં 5 mg BNNTsને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ-પ્રકારના વિખેરક – જેમ કે UP200St (26kHz, 200W) – નો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરવામાં આવે છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને BNNTsનું જલીય વિખેરણ
તેમની પ્રબળ વાન ડર વાલ્સ આંતરક્રિયાઓ અને જલવિરાગી સપાટીને કારણે બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ પાણી આધારિત દ્રાવણોમાં નબળી રીતે વિખેરાય છે. આ સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે Jeon et al. (2019)એ સોનિકેશન હેઠળ BNNTને કાર્યાત્મક સમૂહોથી સંશોધિત કરવા માટે Pluronic P85 અને F127નો ઉપયોગ કર્યો હતો, જેમાં જલસ્નેહી અને જલવિરાગી બંને પ્રકારના સમૂહો હોય છે.
સોનિકેશનની વિવિધ અવધિઓ પછી ટૂંકા થયેલા BNNTsની SEM છબીઓ. દર્શાવ્યા મુજબ, સોનિકેશનની સંચિત અવધિ વધવાની સાથે આ BNNTsની લંબાઈ ઘટે છે.
(અભ્યાસ અને ચિત્ર: Lee et al. 2012)
સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોશીટ્સનું પૃષ્ઠસક્રિયકારક વિના સ્તરવિચ્છેદન
Lin et al. (2011) ષટ્કોણીય બોરોન નાઇટ્રાઇડ (h-BN)ના સ્તરવિચ્છેદન અને વિક્ષેપણની સ્વચ્છ પદ્ધતિ રજૂ કરે છે. ષટ્કોણીય બોરોન નાઇટ્રાઇડને પરંપરાગત રીતે પાણીમાં અદ્રાવ્ય માનવામાં આવે છે. જોકે, તેઓ દર્શાવી શક્યા કે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને સ્તરીય h-BN રચનાઓનું સ્તરવિચ્છેદન કરવા માટે પાણી અસરકારક છે, જેનાથી પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થો અથવા કાર્બનિક કાર્યાત્મકકરણનો ઉપયોગ કર્યા વિના h-BN નેનોશીટ્સનાં “સ્વચ્છ” જલીય વિક્ષેપણો બને છે. આ અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન પ્રક્રિયાથી થોડાં સ્તરો ધરાવતી h-BN નેનોશીટ્સ તેમજ એકસ્તરીય નેનોશીટ અને નેનોરિબન સ્વરૂપો ઉત્પન્ન થયાં. મોટાભાગની નેનોશીટ્સનાં પાર્શ્વીય પરિમાણો ઘટેલાં હતાં, જેનું કારણ સોનિકેશન-સહાયિત જલવિઘટનથી મૂળ h-BN શીટ્સનું થતું કાપન માનવામાં આવ્યું હતું (જેને એમોનિયા પરીક્ષણ અને સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનાં પરિણામો દ્વારા સમર્થન મળ્યું હતું). અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રેરિત જલવિઘટને દ્રાવકની ધ્રુવીયતા અસરને સહાય કરીને h-BN નેનોશીટ્સના સ્તરવિચ્છેદનને પણ પ્રોત્સાહન આપ્યું હતું. આ “સ્વચ્છ” જલીય વિક્ષેપણોમાં રહેલી h-BN નેનોશીટ્સે પોતાનાં ભૌતિક લક્ષણો જાળવી રાખીને દ્રાવણ પદ્ધતિઓ દ્વારા સારી પ્રક્રિયાક્ષમતા દર્શાવી હતી. પાણીમાં વિક્ષેપિત h-BN નેનોશીટ્સે ફેરિટિન જેવા પ્રોટીન પ્રત્યે પણ મજબૂત બંધુતા દર્શાવી હતી, જે સૂચવે છે કે નેનોશીટ્સની સપાટીઓ વધુ જૈવસંયુગ્મન માટે ઉપલબ્ધ હતી.
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક કદ ઘટાડણ અને કાપન
BNNTsને પોલિમરો અને અન્ય કાર્યાત્મકકૃત પદાર્થોમાં સમાવવાની અનુગામી પ્રક્રિયામાં બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સની લંબાઈ નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. તેથી આ એક મહત્વપૂર્ણ હકીકત છે કે દ્રાવકમાં BNNTsનું સોનિકેશન માત્ર BNNTsને વ્યક્તિગત રીતે અલગ જ કરી શકતું નથી, પરંતુ નિયંત્રિત પરિસ્થિતિઓમાં વાંસ જેવી રચના ધરાવતા BNNTsને ટૂંકા પણ કરી શકે છે. સંયુક્ત પદાર્થની તૈયારી દરમિયાન ટૂંકા કરાયેલા BNNTsનાં ઝૂમખાં બનવાની સંભાવના ઘણી ઓછી હોય છે. Lee at al. (2012)એ દર્શાવ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા કાર્યાત્મકકૃત BNNTsની લંબાઈ >10µm થી ∼500nm સુધી કાર્યક્ષમ રીતે ઘટાડી શકાય છે. તેમના પ્રયોગો સૂચવે છે કે BNNTના આવા કદ ઘટાડા અને કાપન માટે દ્રાવણમાં BNNTનું અસરકારક અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપણ જરૂરી છે.
(c) પાણીમાં સારી રીતે વિક્ષેપિત mPEG- DSPE/BNNTs (2 h સોનિકેશન પછી). (d) mPEG-DSPE અણુ દ્વારા કાર્યાત્મકકૃત કરાયેલા BNNTનું યોજનાત્મક નિરૂપણ
(અભ્યાસ અને ચિત્ર: Lee et al. 2012)
અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર UP400St બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ (BNNTs)ના વિક્ષેપણ માટે
BNNT પ્રક્રિયા માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની સ્માર્ટ સુવિધાઓ વિશ્વસનીય સંચાલન, પુનરુત્પાદનીય પરિણામો અને ઉપયોગમાં સરળતાની ખાતરી આપવા માટે રચવામાં આવી છે. ડિજિટલ રંગીન ટચ-ડિસ્પ્લે અને બ્રાઉઝર રિમોટ કંટ્રોલ દ્વારા ઉપલબ્ધ સહજ મેનુ મારફતે સંચાલન સેટિંગ્સ સરળતાથી જોઈ અને સેટ કરી શકાય છે. તેથી, ચોખ્ખી ઊર્જા, કુલ ઊર્જા, કંપનવિસ્તાર, સમય, દબાણ અને તાપમાન જેવી તમામ પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓ બિલ્ટ-ઇન SD-કાર્ડ પર આપમેળે નોંધાય છે. આથી તમે અગાઉની સોનિકેશન પ્રક્રિયાઓની સમીક્ષા અને સરખામણી કરી શકો છો તથા બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ અને નેનોસામગ્રીઓની સ્તરવિચ્છેદન અને વિખેરણ પ્રક્રિયાને સર્વોચ્ચ કાર્યક્ષમતા સુધી શ્રેષ્ઠ બનાવી શકો છો.
ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા BNNTsના ઉત્પાદન માટે Hielscher Ultrasonics સિસ્ટમોનો વિશ્વભરમાં ઉપયોગ થાય છે. Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ સતત સંચાલન (24/7/365) દરમિયાન સરળતાથી ઊંચા કંપનવિસ્તાર પર કાર્ય કરી શકે છે. પ્રમાણભૂત સોનોટ્રોડ્સ (અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ્સ / હોર્ન્સ) વડે 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સરળતાથી સતત ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપનવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. તેમની મજબૂતાઈ અને ઓછી જાળવણીની જરૂરિયાતને કારણે, અમારી અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન અને વિખેરણ સિસ્ટમો સામાન્ય રીતે ભારે કાર્યભારવાળા ઉપયોગો માટે અને કઠિન કાર્યપરિસ્થિતિઓમાં સ્થાપિત કરવામાં આવે છે.
Hielscher Ultrasonicsના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ અત્યંત ઊંચા કંપનવિસ્તાર પ્રદાન કરી શકે છે. 24/7 સંચાલનમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર પર સરળતાથી સતત કાર્ય કરી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપનવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે.
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ તેમજ CNTs અને ગ્રાફીનના વિખેરણ અને સ્તરવિચ્છેદન માટેના Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ વ્યાવસાયિક પાયે વિશ્વભરમાં પહેલેથી જ સ્થાપિત છે. તમારી BNNT ઉત્પાદન પ્રક્રિયા વિશે ચર્ચા કરવા હમણાં જ અમારો સંપર્ક કરો! અમારા અત્યંત અનુભવી કર્મચારીઓ સ્તરવિચ્છેદન પ્રક્રિયા, અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો અને કિંમતો વિશે વધુ માહિતી આપીને આનંદ અનુભવશે!
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલ ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહ: UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક પાયે મિશ્રણના ઉપયોગો, વિખેરણ, ઇમલ્સિફિકેશન અને નિષ્કર્ષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સનું ઉત્પાદન કરે છે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- 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.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ અને નેનોસામગ્રીઓ
બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ ષટ્કોણીય જાળમાં ગોઠવાયેલા બોરોન અને નાઇટ્રોજન પરમાણુઓથી બનેલી અનન્ય પરમાણ્વીય રચના ધરાવે છે. આ રચના BNNTને શ્રેષ્ઠ યાંત્રિક મજબૂતાઈ, ઊંચી ઉષ્મીય વાહકતા, વિદ્યુત અવાહક વર્તન, પીઝોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મ, ન્યુટ્રોન પરિરક્ષણ ક્ષમતા અને ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર જેવા અનેક ઉત્તમ આંતરિક ગુણધર્મો આપે છે. અનુપ્રસ્થ વિદ્યુત ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરીને 5 eV બેન્ડ ગેપને પણ સમાયોજિત કરી શકાય છે, જે BNNTsને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે રસપ્રદ બનાવે છે. વધુમાં, BNNTs 800°C સુધી ઊંચો ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર ધરાવે છે, ઉત્તમ પીઝોઇલેક્ટ્રિસિટી દર્શાવે છે અને ઓરડાના તાપમાને હાઇડ્રોજનના સંગ્રહ માટે સારી સામગ્રી બની શકે છે.
BNNTs અને ગ્રાફીનની તુલના: BNNTs ગ્રાફીનના સંરચનાત્મક સમરૂપો છે. બોરોન નાઇટ્રાઇડ આધારિત નેનોસામગ્રીઓ અને તેમની કાર્બન આધારિત સમકક્ષ સામગ્રીઓ વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત પરમાણુઓ વચ્ચેના બંધોની પ્રકૃતિ છે. કાર્બન નેનોસામગ્રીઓમાં C-C બંધ સંપૂર્ણપણે સહસંયોજક પ્રકૃતિ ધરાવે છે, જ્યારે sp2 સંકરિત B-Nમાં રહેલા e− યુગ્મોને કારણે B-N બંધો આંશિક આયનિક પ્રકૃતિ દર્શાવે છે. (cf. Emanet et al. 2019)
BNNTs અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સની તુલના: બોરોન નાઇટ્રાઇડ નેનોટ્યુબ્સ (BNNTs) કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs) જેવી નળાકાર નેનોરચના દર્શાવે છે અને તેમાં બોરોન અને નાઇટ્રોજન પરમાણુઓ ષટ્કોણીય જાળમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.
ઝીન્સ: ઝીન્સ 2D, એકતત્ત્વીય નેનોસામગ્રીઓ છે. બોરોફીન, ગેલેનીન, સિલિસીન, જર્મેનીન, સ્ટેનીન, ફોસ્ફોરીન, આર્સેનીન, એન્ટિમોનીન, બિસ્મથીન, ટેલ્યુરીન અને સેલેનીન તેનાં મુખ્ય ઉદાહરણો છે. ઝીન્સ અસાધારણ સામગ્રી ગુણધર્મો ધરાવે છે, જેના કારણે અન્ય 2D સામગ્રીઓના વ્યવહારિક ઉપયોગો સંબંધિત મર્યાદાઓને પાર કરવાની સંભાવના ધરાવે છે. ઝીન્સના અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન વિશે વધુ જાણો!
Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરોનું પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધી ઉત્પાદન કરે છે.