Xenes ના અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન

Xenes એ અસાધારણ ગુણધર્મો ધરાવતા 2D મોનોએલિમેન્ટલ નેનોમટેરિયલ્સ છે જેમ કે ખૂબ જ ઊંચો સપાટી વિસ્તાર, શ્રેષ્ઠ ઇલેક્ટ્રિક વાહકતા અથવા તાણ શક્તિ સહિત એનિસોટ્રોપિક ભૌતિક/રાસાયણિક ગુણધર્મો. અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિએશન અથવા ડિલેમિનેશન એ સ્તરવાળી પુરોગામી સામગ્રીમાંથી સિંગલ-લેયર 2D નેનોશીટ્સ બનાવવા માટે એક કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય તકનીક છે. ઔદ્યોગિક સ્કેલ પર ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા xenes નેનોશીટ્સના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન પહેલેથી જ સ્થાપિત થયેલ છે.

xenes – મોનોલેયર નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ

Xenes એ મોનોલેયર (2D), મોનોએલિમેન્ટલ નેનોમેટરીયલ્સ છે, જે ગ્રાફીન જેવી રચના, ઇન્ટ્રા-લેયર સહસંયોજક બોન્ડ અને સ્તરો વચ્ચે નબળા વાન ડેર વાલ્સ ફોર્સ ધરાવે છે. સામગ્રી માટેના ઉદાહરણો, જે ઝેનેસ વર્ગનો ભાગ છે તે બોરોફેન, સિલિસીન, જર્મનીન, સ્ટેનીન, ફોસ્ફોરીન (બ્લેક ફોસ્ફરસ), આર્સેનીન, બિસ્મુથીન અને ટેલ્યુરેન અને એન્ટિમોનેન છે. તેમની સિંગલ-લેયર 2D સ્ટ્રક્ચરને લીધે, xenes નેનોમટેરિયલ્સ ખૂબ મોટી સપાટી તેમજ સુધારેલ રાસાયણિક અને ભૌતિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. આ માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ xenes નેનોમટેરિયલ્સને પ્રભાવશાળી ફોટોનિક, ઉત્પ્રેરક, ચુંબકીય અને ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો આપે છે અને આ નેનોસ્ટ્રક્ચરને અસંખ્ય ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમો માટે ખૂબ જ રસપ્રદ બનાવે છે. ડાબી બાજુનું ચિત્ર અલ્ટ્રાસોનિકલી એક્સફોલિએટેડ બોરોફીનની SEM ઈમેજીસ દર્શાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ડિલેમિનેશનનો ઉપયોગ કરીને ઝેનેસ નેનોમટીરિયલ્સનું ઉત્પાદન

સ્તરવાળી નેનોમટીરિયલ્સનું પ્રવાહી એક્સ્ફોલિયેશન: સિંગલ-લેયર 2D નેનોશીટ્સ સ્તરવાળી રચનાઓ (દા.ત., ગ્રેફાઇટ) સાથે અકાર્બનિક સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે જે ઢીલી રીતે સ્ટેક કરેલા યજમાન સ્તરો ધરાવે છે જે ચોક્કસ આયનો અને/અથવા સોલવન્ટ્સના આંતરસંગ્રહ પર સ્તર-થી-સ્તર ગેલેરી વિસ્તરણ અથવા સોજો દર્શાવે છે. એક્સ્ફોલિયેશન, જેમાં સ્તરીય તબક્કાને નેનોશીટ્સમાં વિભાજીત કરવામાં આવે છે, તે સામાન્ય રીતે સ્તરો વચ્ચેના ઝડપથી નબળા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણને કારણે સોજો સાથે આવે છે જે વ્યક્તિગત 2D સ્તરો અથવા શીટ્સના કોલોઇડલ વિક્ષેપ પેદા કરે છે. (cf. Geng et al, 2013) સામાન્ય રીતે તે જાણીતું છે કે સોજો અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા એક્સ્ફોલિયેશનની સુવિધા આપે છે અને નકારાત્મક ચાર્જ્ડ નેનોશીટ્સમાં પરિણમે છે. રાસાયણિક પ્રીટ્રીટમેન્ટ પણ સોલવન્ટ્સમાં સોનિકેશન દ્વારા એક્સ્ફોલિયેશનની સુવિધા આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કાર્યાત્મકતા આલ્કોહોલમાં સ્તરીય ડબલ હાઇડ્રોક્સાઇડ્સ (LDHs) ના એક્સ્ફોલિયેશનને મંજૂરી આપે છે. (સીએફ. નિકોલોસી એટ અલ., 2013)
અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન / ડિલેમિનેશન માટે સ્તરવાળી સામગ્રી દ્રાવકમાં શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસોનિક તરંગોના સંપર્કમાં આવે છે. જ્યારે ઊર્જા-ગાઢ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોને પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં જોડવામાં આવે છે, ત્યારે એકોસ્ટિક ઉર્ફે અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ વેક્યુમ પરપોટાના પતન દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે અને વૈકલ્પિક નીચા દબાણ / ઉચ્ચ દબાણ ચક્ર પેદા કરે છે. મિનિટ શૂન્યાવકાશ પરપોટા નીચા દબાણ (દુર્લભતા) ચક્ર દરમિયાન ઉદ્ભવે છે અને વિવિધ નીચા દબાણ / ઉચ્ચ દબાણ ચક્રમાં વધે છે. જ્યારે પોલાણનો પરપોટો એવા બિંદુ સુધી પહોંચે છે જ્યાં તે વધુ ઊર્જાને શોષી શકતું નથી, ત્યારે બબલ હિંસક રીતે ફૂટે છે અને સ્થાનિક રીતે ખૂબ જ ઉર્જા-ગીચ પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે. કેવિટેશનલ હોટ-સ્પોટ ખૂબ ઊંચા દબાણ અને તાપમાન, સંબંધિત દબાણો અને તાપમાનના તફાવતો, હાઇ-સ્પીડ લિક્વિડ જેટ્સ અને શીયર ફોર્સ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આ સોનોમેકેનિકલ અને સોનોકેમિકલ દળો દ્રાવકને સ્ટેક્ડ સ્તરો વચ્ચે દબાણ કરે છે અને સ્તરીય કણો અને સ્ફટિકીય માળખાંને તોડી નાખે છે જેનાથી એક્સ્ફોલિએટેડ નેનોશીટ્સ ઉત્પન્ન થાય છે. નીચેની છબી ક્રમ અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ દ્વારા એક્સ્ફોલિયેશન પ્રક્રિયાને દર્શાવે છે.

ફ્રેમ્સનો હાઇ-સ્પીડ ક્રમ (a થી f) UP200S, એક 200W અલ્ટ્રાસોનિકેટર 3-મીમી સોનોટ્રોડ સાથે. તીરો વિભાજન (એક્સફોલિયેશન) ની જગ્યા દર્શાવે છે જેમાં વિભાજનમાં પ્રવેશતા પોલાણ પરપોટા છે.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

મોડેલિંગે દર્શાવ્યું છે કે જો દ્રાવકની સપાટીની ઊર્જા સ્તરવાળી સામગ્રીની સમાન હોય, તો એક્સ્ફોલિએટેડ અને રિએગ્રિગેટેડ સ્ટેટ્સ વચ્ચેનો ઉર્જા તફાવત ખૂબ જ નાનો હશે, જે પુનઃ એકત્રીકરણ માટે ચાલક બળને દૂર કરશે. જ્યારે વૈકલ્પિક હલનચલન અને શીયરિંગ પદ્ધતિઓ સાથે સરખામણી કરવામાં આવે છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિક આંદોલનકારીઓએ એક્સ્ફોલિયેશન માટે વધુ અસરકારક ઉર્જા સ્ત્રોત પૂરો પાડ્યો હતો, જે TaS ના આયન ઇન્ટરકેલેશન-સહાયિત એક્સ્ફોલિયેશનના પ્રદર્શન તરફ દોરી જાય છે.₂, NbS₂, અને MoS₂, તેમજ સ્તરવાળી ઓક્સાઇડ. (સીએફ. નિકોલોસી એટ અલ., 2013)

અલ્ટ્રાસોનિકલી લિક્વિડ એક્સ્ફોલિએટેડ નેનોશીટ્સની TEM ઈમેજો: (A) દ્રાવક એન-મિથાઈલ-પાયરોલિડોનમાં સોનિકેશનના માધ્યમથી એક્સ્ફોલિયેટેડ ગ્રાફીન નેનોશીટ. (B) દ્રાવક isopropanol માં sonication માધ્યમ દ્વારા એક્સ્ફોલિયેટેડ h-BN નેનોશીટ. (C) એક MoS2 નેનોશીટ એક જલીય સર્ફેક્ટન્ટ દ્રાવણમાં સોનિકેશનના માધ્યમથી એક્સ્ફોલિયેટ થાય છે.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: ©નિકોલોસી એટ અલ., 2013)

અલ્ટ્રાસોનિક લિક્વિડ-એક્સફોલિયેશન પ્રોટોકોલ્સ

અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન અને ઝેન્સ અને અન્ય મોનોલેયર નેનોમટેરિયલ્સનું ડિલેમિનેશન સંશોધનમાં વ્યાપકપણે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યું છે અને સફળતાપૂર્વક ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન તબક્કામાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યું છે. નીચે અમે તમને સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને પસંદ કરેલા એક્સ્ફોલિયેશન પ્રોટોકોલ્સ રજૂ કરીએ છીએ.

ફોસ્ફોરીન નેનોફ્લેક્સનું અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન

ફોસ્ફોરીન (બ્લેક ફોસ્ફરસ, બીપી તરીકે પણ ઓળખાય છે) એ ફોસ્ફરસ અણુઓમાંથી બનેલી 2D સ્તરવાળી, મોનોએલિમેન્ટલ સામગ્રી છે.
Passaglia et al ના સંશોધનમાં. (2018), એમએમએની હાજરીમાં સોનિકેશન-આસિસ્ટેડ લિક્વિડ-ફેઝ એક્સ્ફોલિયેશન (LPE) દ્વારા ફોસ્ફોરીન − મિથાઈલ મેથાક્રીલેટના સ્થિર સસ્પેન્શનની તૈયારી દર્શાવવામાં આવી છે. મિથાઈલ મેથાક્રાયલેટ (MMA) એક પ્રવાહી મોનોમર છે.

ફોસ્ફોરીનના અલ્ટ્રાસોનિક લિક્વિડ એક્સ્ફોલિયેશન માટે પ્રોટોકોલ

MMA_bPn, NVP_bPn અને Sty_bPn સસ્પેન્શન LPE દ્વારા એકમાત્ર મોનોમરની હાજરીમાં મેળવવામાં આવ્યા હતા. સામાન્ય પ્રક્રિયામાં, ∼5 મિલિગ્રામ bP, કાળજીપૂર્વક મોર્ટારમાં કચડીને, ટેસ્ટ ટ્યુબમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું અને પછી MMA, Sty અથવા NVP ની ભારિત માત્રા ઉમેરવામાં આવી હતી. સોનોટ્રોડ S26d2 (ટિપ વ્યાસ: 2 mm) થી સજ્જ Hielscher Ultrasonics homogenizer UP200St (200W, 26kHz) નો ઉપયોગ કરીને મોનોમર bP સસ્પેન્શનને 90 મિનિટ માટે સોનિક કરવામાં આવ્યું હતું. અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર P = 7 ડબ્લ્યુ સાથે 50% પર સતત જાળવવામાં આવ્યું હતું. તમામ કિસ્સાઓમાં, સુધારેલ ગરમીના વિસર્જન માટે બરફના સ્નાનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ત્યારબાદ અંતિમ MMA_bPn, NVP_bPn અને Sty_bPn સસ્પેન્શનને N2 સાથે 15 મિનિટ માટે ઇન્સફલેટ કરવામાં આવ્યા હતા. બધા સસ્પેન્શનનું DLS દ્વારા વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જે rH મૂલ્યો DMSO_bPn ની ખરેખર નજીક દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, MMA_bPn સસ્પેન્શન (bP સામગ્રીના લગભગ 1% ધરાવે છે) rH = 512 ± 58 nm દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યું હતું.
જ્યારે ફોસ્ફોરીન પરના અન્ય વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસો અલ્ટ્રાસોનિક ક્લીનર, ઉચ્ચ ઉત્કલન બિંદુ સોલવન્ટ્સ અને ઓછી કાર્યક્ષમતાનો ઉપયોગ કરીને કેટલાક કલાકોના સોનિકેશન સમયની જાણ કરે છે, ત્યારે પાસાગ્લિયાની સંશોધન ટીમ પ્રોબ-ટાઈપ અલ્ટ્રાસોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને અત્યંત કાર્યક્ષમ અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન પ્રોટોકોલ દર્શાવે છે. Hielscher ultrasonicator મોડલ UP200St).

મોનોલેયર નેનોશીટ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન

બોરોફીન અને રૂથેનિયમ ઓક્સાઇડ નેનોશીટ્સ માટે વધુ ચોક્કસ વિગતો અને એક્સ્ફોલિયેશન પ્રોટોકોલ વાંચવા માટે, કૃપા કરીને નીચેની લિંક્સને અનુસરો:
બોરોફીન: સોનિકેશન પ્રોટોકોલ્સ અને અલ્ટ્રાસોનિક બોરોફીન એક્સ્ફોલિયેશનના પરિણામો માટે, કૃપા કરીને અહીં ક્લિક કરો!
RuO2: સોનિકેશન પ્રોટોકોલ્સ અને અલ્ટ્રાસોનિક રૂથેનિયમ ઓક્સાઇડ નેનોશીટ એક્સફોલિયેશનના પરિણામો માટે, કૃપા કરીને અહીં ક્લિક કરો!

અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન ઓફ ફ્યુ-લેયર સિલિકા નેનોશીટ્સ

અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા કુદરતી વર્મીક્યુલાઇટ (વર્મ)માંથી થોડા-સ્તરની એક્સફોલિએટેડ સિલિકા નેનોશીટ્સ તૈયાર કરવામાં આવી હતી. એક્સ્ફોલિએટેડ સિલિકા નેનોશીટ્સના સંશ્લેષણ માટે નીચેની લિક્વિડ-ફેઝ એક્સ્ફોલિયેશન પદ્ધતિ લાગુ કરવામાં આવી હતી: 40 મિલિગ્રામ સિલિકા નેનોશીટ્સ 40 એમએલ સંપૂર્ણ ઇથેનોલમાં વિખેરાઈ હતી. ત્યારબાદ, 7 મીમી સોનોટ્રોડથી સજ્જ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UP200St નો ઉપયોગ કરીને મિશ્રણને 2 કલાક માટે અલ્ટ્રાસોનિક કરવામાં આવ્યું હતું. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગનું કંપનવિસ્તાર 70% પર સ્થિર રાખવામાં આવ્યું હતું. ઓવરહિટીંગ ટાળવા માટે બરફ સ્નાન લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું. અનએક્સફોલિએટેડ એસએનને 10 મિનિટ માટે 1000 આરપીએમ પર સેન્ટ્રીફ્યુગેશન દ્વારા દૂર કરવામાં આવ્યા હતા. અંતે, ઉત્પાદનને ઓરડાના તાપમાને શૂન્યાવકાશ હેઠળ રાતોરાત ડીકેંટ કરવામાં આવ્યું અને સૂકવવામાં આવ્યું. (cf. ગુઓ એટ અલ., 2022)

Xenes નેનોશીટ્સના એક્સ્ફોલિયેશન માટે હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રોબ્સ અને રિએક્ટર

Hielscher Ultrasonics કોઈપણ કદમાં મજબૂત અને વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ ડિઝાઇન કરે છે, બનાવે છે અને તેનું વિતરણ કરે છે. કોમ્પેક્ટ લેબ અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોથી લઈને ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ્સ અને રિએક્ટર સુધી, Hielscher તમારી પ્રક્રિયા માટે આદર્શ અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ ધરાવે છે. નેનોમેટિરિયલ સિન્થેસિસ અને ડિસ્પરઝન જેવી એપ્લિકેશન્સમાં લાંબા સમયના અનુભવ સાથે, અમારા સારી રીતે પ્રશિક્ષિત સ્ટાફ તમને તમારી જરૂરિયાતો માટે સૌથી યોગ્ય સેટઅપની ભલામણ કરશે. Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં વિશ્વસનીય વર્ક હોર્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડવા માટે સક્ષમ, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ છે જેમ કે xenes અને અન્ય 2D મોનોલેયર નેનોમટેરિયલ્સ જેમ કે બોરોફિન, ફોસ્ફોરીન અથવા ગ્રાફીન તેમજ આ નેનોસ્ટ્રક્ચર્સના વિશ્વસનીય વિક્ષેપ માટે.
અસાધારણ શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ: Hielscher Ultrasonics’ ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડી શકે છે. 24/7 ઓપરેશનમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર માટે, કસ્ટમાઇઝ્ડ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે.
સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા – જર્મનીમાં ડિઝાઇન અને બનાવેલ: બધા ઉપકરણો જર્મનીમાં અમારા મુખ્ય મથકમાં ડિઝાઇન અને ઉત્પાદિત છે. ગ્રાહકને ડિલિવરી કરતા પહેલા, દરેક અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણનું સંપૂર્ણ લોડ હેઠળ કાળજીપૂર્વક પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. અમે ગ્રાહકોના સંતોષ માટે પ્રયત્નશીલ છીએ અને અમારું ઉત્પાદન ઉચ્ચ ગુણવત્તાની ખાતરી (દા.ત., ISO પ્રમાણપત્ર)ને પરિપૂર્ણ કરવા માટે રચાયેલ છે.

નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: