ננו-צינוריות בורון ניטריד – פילינג ופיזור באמצעות סוניקציה

Ultrasonication מוחל בהצלחה על עיבוד ופיזור של ננו-צינורות בורון ניטריד (BNNTs). סוניקציה בעוצמה גבוהה מספקת התרת קשרים ופיזור הומוגניים בתמיסות שונות ולכן היא טכניקת עיבוד חיונית לשילוב BNNT בתמיסות ובמטריצות.

עיבוד קולי של ננו-צינוריות בורון ניטריד

על מנת לשלב ננו-צינוריות בורון ניטריד (BNNTs) או ננו-מבנים של בורון ניטריד (BNNs) כגון ננו-יריעות וננו-סרטים בתמיסות נוזליות או במטריצות פולימריות, נדרשת טכניקת פיזור יעילה ואמינה. פיזור על-קולי מספק את האנרגיה הנדרשת כדי לקלף ולקלף ננו-צינוריות בורון ניטריד וננו-מבנים של בורון ניטריד ביעילות גבוהה. פרמטרי העיבוד הניתנים לשליטה מדויקת של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה (כלומר אנרגיה, משרעת, זמן, טמפרטורה ולחץ) מאפשרים להתאים בנפרד את תנאי העיבוד למטרת התהליך הממוקדת. משמעות הדבר היא שניתן להתאים את עוצמת האולטרסאונד ביחס לפורמולציה הספציפית (איכות BNNTs, ממס, ריכוז מוצק-נוזל וכו '), ובכך להשיג תוצאות אופטימליות.

היישומים של עיבוד BNNT ו- BNN על-קוליים מכסים את כל הטווח החל מהפיזור ההומוגני של ננו-מבנים דו-ממדיים של בורון ניטריד (2D-BNNs), ועד לפונקציונליזציה שלהם ולקילוף כימי של בורון ניטריד משושה חד-שכבתי. להלן, אנו מציגים את הפרטים על פיזור קולי, פילינג, ופונקציונליות של BNNTs ו- BNNs.

פיזור קולי של ננו-צינוריות בורון ניטריד

כאשר ננו-צינוריות בורון ניטריד (BNNTs) משמשות לחיזוק פולימרים או לסנתוז חומרים חדשים, נדרש פיזור אחיד ואמין לתוך המטריצה. מפיצים על-קוליים נמצאים בשימוש נרחב לפיזור ננו-חומרים כגון CNT, ננו-חלקיקים מתכתיים, חלקיקי מעטפת ליבה וסוגים אחרים של ננו-חלקיקים לשלב שני.
פיזור על-קולי יושם בהצלחה כדי להתיר ולהפיץ BNNT באופן אחיד בתמיסות מימיות ולא מימיות כולל אתנול, אתנול PVP, אתנול TX100 וכן פולימרים שונים (למשל פוליאוריתן).
חומר פעילי שטח נפוץ המשמש לייצוב פיזור BNNT מוכן באולטרסאונד הוא תמיסת 1%wt נתרן דודציל סולפט (SDS). לדוגמה, 5 מ"ג BNNT מפוזרים באולטרסאונד בבקבוקון עם 5 מ"ל של 1%wt. פתרון SDS באמצעות מפזר מסוג בדיקה קולית כגון UP200St (26kHz, 200W).

פיזור מימי של BNNT באמצעות אולטרסאונד

בשל האינטראקציות החזקות של ואן דר ואלס ופני השטח ההידרופוביים שלהן, ננו-צינוריות בורון ניטריד אינן ניתנות לפיזור בתמיסות מבוססות מים. כדי לפתור בעיות אלה, Jeon et al. (2019) השתמשו Pluronic P85 ו F127, אשר יש הן קבוצות הידרופיליות והן קבוצות הידרופוביות כדי לתפקד BNNT תחת סוניקציה.

פילינג ללא חומרים פעילי שטח של ננו-יריעות בורון ניטריד באמצעות סוניקציה

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 “נקי” 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 “נקי” 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.

שיטת הפיזור הסונו-מכני המשתמשת בכוחות קוויטציה וגזירה על-קוליים היא גישת מיזוג פיזיקלית גרידא, אשר הוכחה כמסוגלת לפרק BNNT ולייצב BNNT בודדים תוך שמירה על שלמותם ותכונותיהם הפנימיות. יישום אנרגיה קולית מתאימה (Ws? mL), כלומר משרעת מותאמת ומשך סוניקציה, פיזור קולי יכול להתיר ולפזר BNNTS באופן אחיד. ניתן ליישם אמפליטודות גבוהות יותר וסוניקציה ארוכה יותר אם יש להפחית את אורך ננו-צינוריות הבורון ניטריד. קרא עוד על הפחתת גודל קולי וחיתוך אורך של BNNT בסעיף הבא.

הפחתת גודל קולי וחיתוך של ננו-צינוריות בורון ניטריד

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.

Ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור עיבוד BNNT

התכונות החכמות של Hielscher ultrasonicators נועדו להבטיח פעולה אמינה, תוצאות לשחזור וידידותיות למשתמש. ניתן לגשת בקלות להגדרות תפעוליות ולחייג אליהן באמצעות תפריט אינטואיטיבי, אליו ניתן לגשת באמצעות תצוגת מגע צבעונית דיגיטלית ושלט רחוק של הדפדפן. לכן, כל תנאי העיבוד כגון אנרגיה נטו, אנרגיה כוללת, משרעת, זמן, לחץ וטמפרטורה נרשמים באופן אוטומטי על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לשנות ולהשוות ריצות סוניקציה קודמות ולמטב את תהליך הפילינג והפיזור של ננו-צינוריות וננו-חומרים של בורון ניטריד ליעילות הגבוהה ביותר.
מערכות Hielscher Ultrasonics משמשים ברחבי העולם לייצור BNNT באיכות גבוהה. Hielscher תעשייתי ultrasonicators יכול בקלות להפעיל אמפליטודות גבוהות בפעולה מתמשכת (24/7/365). אמפליטודות של עד 200μm ניתן ליצור בקלות ברציפות עם sonotrodes סטנדרטי (בדיקות קולי? קרניים). עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. בשל עמידותן ותחזוקתן הנמוכה, מערכות הפילינג והפיזור העל-קוליות שלנו מותקנות בדרך כלל עבור יישומים כבדים ובסביבות תובעניות.
Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים.
מעבדים קוליים Hielscher עבור פיזור ופילינג של ננו בורון ניטריד, כמו גם CNT וגרפן כבר מותקנים ברחבי העולם בקנה מידה מסחרי. צרו איתנו קשר עכשיו כדי לדון בתהליך הייצור של BNNT שלכם! הצוות המנוסה שלנו ישמח לחלוק מידע נוסף על תהליך הפילינג, מערכות קוליות ותמחור!
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: