סינתזת בורופן קולית בקנה מידה תעשייתי
בורופן, נגזרת ננו-מובנית דו-ממדית של בורון, ניתנת לסינתזה יעילה באמצעות פילינג על-קולי קל וזול. פילינג אולטראסוני בשלב נוזלי יכול לשמש לייצור כמויות גדולות של ננו-יריעות בורופן באיכות גבוהה. טכניקת הפילינג העל-קולי נמצאת בשימוש נרחב לייצור ננו-חומרים דו-ממדיים (למשל, גרפן) והיא ידועה ביתרונותיה של ננו-יריעות באיכות גבוהה, תפוקות גבוהות, פעולה מהירה וקלה, כמו גם יעילות כוללת.
שיטת פילינג קולי להכנת בורופן
פילינג שלב נוזלי מונע אולטרסאונד נמצא בשימוש נרחב להכנת ננו-יריעות דו-ממדיות מקודמנים שונים בתפזורת כולל גרפיט (גרפן), בור (בורופן) בין היתר. בהשוואה לטכניקת הפילינג הכימי, פילינג בשלב נוזלי בסיוע אולטרה-סאונד נחשב לאסטרטגיה המבטיחה יותר להכנת ננו-מבנים 0D ו-2D כגון בורון נקודות קוונטיות (BQD) ובורופן. (ראה: וואנג ואחרים, 2021)
התוכנית שנותרה מראה את תהליך פילינג נוזלי בטמפרטורה נמוכה על-קולי של יריעות בורופן דו-ממדיות מעטות. (מחקר ותמונה: ©לין ואחרים, 2021.)
כור סונוכימי מצויד ב 2000 וואט מעבד אולטראסוני תעשייתי UIP2000hdT לפילינג בורופן בקנה מידה גדול.
מקרי בוחן של פילינג בורופן על-קולי
הפילינג והדלמינציה באמצעות אולטרסאונד כוח בתהליך פאזה נוזלית נחקרו באופן נרחב ויושמו בהצלחה על בורופן ונגזרות בורון אחרות כגון נקודות קוונטיות בורון, בורון ניטריד או מגנזיום דיבוריד.
α-בורופן
במחקר שבוצע על ידי Göktuna and Taşaltın (2021), בורופן α הוכן באמצעות פילינג קולי קל ובעלות נמוכה. ננו-יריעות בורופן מסונתזות באולטרה-סאונד מציגות מבנה גבישי של בורופן α.
פרוטוקול: מיקרו-חלקיקי בור של 100 מ"ג עברו סוניקציה ב-DMF של 100 מ"ל בהספק של 200 ואט (למשל, באמצעות UP200St עם S26d14) במשך 4 שעות בחנקן (N2) תא נוסעים מבוקר זרימה למניעת חמצון במהלך תהליך הפילינג הנוזלי העל-קולי. התמיסה של חלקיקי בור שעברו קילוף עברה צנטריפוגה ב-5,000 סל"ד ו-12,000 סל"ד למשך 15 דקות בהתאמה, ואז בורופן נאסף בזהירות והתייבש בוואקום במשך 4 שעות ב-50 מעלות צלזיוס. (ראה: Göktuna and Taşaltın, 2021)
המחשה סכמטית של בורופן עם מעט שכבות שעברו פילינג בתהליך הטיפול הסולוותרמי בסיוע אולטראסוני של הגשושית.
מחקר ותמונה: ©Zhang et al., 2020
בורופן בעל שכבות מעטות
Zhang et al. (2020) מדווחים על טכניקת פילינג שלב נוזלי אצטון סולבותרמי, המאפשרת ייצור בורופן באיכות גבוהה עם גודל אופקי גדול. באמצעות אפקט הנפיחות של האצטון, קודמן אבקת הבור נרטב לראשונה באצטון. לאחר מכן, קודמן הבורון הרטוב טופל באופן פתיר נוסף באצטון ב-200 מעלות צלזיוס, ואחריו סוניקציה עם סוניק מסוג בדיקה ב-225 ואט למשך 4 שעות. בורופן עם כמה שכבות של בורון וגודל אופקי עד 5.05 מ"מ התקבל לבסוף. ניתן להשתמש בטכניקת פילינג הפאזה הנוזלית בסיוע אצטון סולבותרמי להכנת ננו-יריעות בור בגדלים אופקיים גדולים ובאיכות גבוהה. (ראה: Zhang et al., 2020)
כאשר משווים את דפוס XRD של בורופן שעבר קילוף אולטרה-סאונד עם קודמן בורון בתפזורת, ניתן להבחין בדפוס XRD דומה. רוב פסגות העקיפה העיקריות ניתנות לאינדקס לבורון B-רומבוהדרלי, דבר המצביע על כך שהמבנה הגבישי כמעט נשמר לפני ואחרי טיפול הפילינג.
תמונות SEM עם רזולוציה נמוכה (a) ורזולוציה גבוהה (b) של בורופן עם מעט שכבות המתקבלות על ידי פילינג סולבותרמי בסיוע אולטרסאונד באצטון
מחקר ותמונה: ©Zhang et al., 2020
תבניות XRD (a) וספקטרום ראמאן (b) של בורון ובורופן בתפזורת לא מטופלים עם שכבות מעטות המתקבלות על ידי פילינג סולבותרמי בסיוע אולטרסוני.
מחקר ותמונה: ©Zhang et al., 2020
סינתזה סונוכימית של בורון נקודות קוונטיות
Hao et al. (2020) הכינו בהצלחה נקודות קוונטיות של בורון מוליכים למחצה גבישיים בקנה מידה גדול ואחיד (BQD) מאבקת בור מורחבת באצטוניטריל, ממס אורגני קוטבי מאוד, באמצעות אולטרסאונד רב עוצמה מסוג בדיקה (למשל, UP400ST, UIP500hdT או UIP1000hdT). הבורון המסונתז נקודות קוונטיות עם 2.46 ±0.4 ננומטר בגודל רוחבי ועובי 2.81 ±0.5 ננומטר.
פרוטוקול: בהכנה טיפוסית של נקודות קוונטיות בורון, 30 מ"ג של אבקת הבור נוספו תחילה לבקבוק בעל שלושה צווארים ולאחר מכן הוסיפו 15 מ"ל של אצטוניטריל לבקבוק לפני תהליך האולטרסוניקציה. הפילינג בוצע בהספק יציאה של 400 W (למשל, באמצעות UIP500hdT), תדר 20kHz וזמן קולי של 60 דקות. כדי למנוע התחממות יתר של הפתרון במהלך ultrasonication, קירור באמצעות אמבט קרח או צ'ילר מעבדה הוחל על טמפרטורה קבועה. הפתרון שהתקבל היה צנטריפוגה ב-1500 סל"ד למשך 60 דקות. הסופרנאטנט שהכיל בורון נקודות קוונטיות חולץ בעדינות. כל הניסויים נערכו בטמפרטורת החדר. (ראה: Hao et al., 2020)
במחקר של Wang et al. (2021), החוקר מכין נקודות קוונטיות בורון גם באמצעות טכניקת פילינג הפאזה הנוזלית העל-קולית. הם השיגו נקודה קוונטית של בור חד-מפוזר עם התפלגות גודל צרה, פיזור מצוין, יציבות גבוהה בתמיסת IPA ופלואורסצנטיות של שתי תמונות.
תמונות TEM והתפלגות הקוטר המתאימה של BQDs שהוכנו בתנאים קוליים שונים. (א) תמונת TEM של BQDs-2 מסונתזת ב-400 ואט למשך שעתיים. (ב) תמונת TEM של BQDs-3 מסונתזת ב-550 ואט למשך שעה אחת. (ג) תמונת TEM של BQDs-3 מסונתזת ב-400 ואט למשך 4 שעות. (ד) התפלגות הקוטר של הנקודות הקוונטיות המתקבלות מ-(a). (ה) התפלגות הקוטר של הנקודות הקוונטיות המתקבלות מ-(b). (ו) התפלגות הקוטר של הנקודות הקוונטיות המתקבלות מ-(c).
מחקר ותמונה: ©Hao et al., 2020
פילינג קולי של ננו-יריעות מגנזיום דיבוריד
תהליך הפילינג בוצע על ידי השעיית 450mg של מגנזיום diboride
(מ"ג ב2) אבקה (כ-100 רשת גודל / 149 מיקרון) ב-150 מ"ל מים וחשיפתה לאולטרסוניקציה למשך 30 דקות. פילינג קולי יכול להתבצע עם ultrasonicator סוג בדיקה כגון UP200Ht או UP400ST עם משרעת של 30% ומצב מחזור של פעימות הפעלה/כיבוי של 10 שניות. הפילינג העל-קולי גורם לתרחיף שחור כהה. ניתן לייחס את הצבע השחור לצבע של אבקת MgB2 טהורה.
רצף מהיר (מ-a עד f) של מסגרות הממחישות קילוף סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200S, אולטרסאונד של 200 ואט עם סונטרודה 3 מ"מ. חצים מראים את מקום הפיצול (פילינג) עם בועות קוויטציה החודרות לפיצול.
© Tyurnina et al. 2020
אולטרסאונד עוצמתי לפילינג בורופן בכל קנה מידה
Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה Ultrasonicators חזק ואמין בכל גודל. מ מעבדה קומפקטית התקנים קוליים כדי בדיקות קולי תעשייתי כורים, Hielscher יש את המערכת קולי האידיאלי עבור התהליך שלך. עם ניסיון רב שנים ביישומים כגון סינתזה ופיזור ננו-חומרים, הצוות המיומן שלנו ימליץ לך על ההתקנה המתאימה ביותר לדרישות ypour. Hielscher מעבדים קוליים תעשייתיים ידועים סוסי עבודה אמינים במתקנים תעשייתיים. מסוגל לספק אמפליטודות גבוהות מאוד, Ultrasonicators Hielscher הם אידיאליים עבור יישומים בעלי ביצועים גבוהים כגון בורופן או פילינג גרפן, כמו גם פיזור ננו-חומר. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים.
כל הציוד מתוכנן ומיוצר במטה שלנו בגרמניה. לפני המסירה ללקוח, כל מכשיר קולי נבדק בקפידה תחת עומס מלא. אנו שואפים לשביעות רצון הלקוחות והייצור שלנו בנוי לעמוד באבטחת האיכות הגבוהה ביותר (למשל, הסמכת ISO).
- יעילות גבוהה
- טכנולוגיה חדישה
- מהימנות & חוסן
- אצווה & מוטבעים
- עבור כל אמצעי אחסון
- תוכנה חכמה
- תכונות חכמות (למשל, פרוטוקול נתונים)
- CIP (נקי במקום)
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לערבוב יישומים, פיזור, תחליב וחילוץ בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
ספרות / מקורות
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
עובדות שכדאי לדעת
בורופן
בורופן היא חד-שכבה אטומית גבישית של בורון, כלומר, היא אלוטרופ דו-ממדי של בורון (המכונה גם ננו-יריעת בור). המאפיינים הפיזיקליים והכימיים הייחודיים שלו הופכים את בורופן לחומר יקר ערך עבור יישומים תעשייתיים רבים.
התכונות הפיזיקליות והכימיות יוצאות הדופן של בורופן כוללות היבטים מכניים, תרמיים, אלקטרוניים, אופטיים ומוליכי-על ייחודיים.
זה פותח אפשרויות לשימוש בבורופן ליישומים בסוללות יון מתכת אלקליות, סוללות Li-S, אחסון מימן, קבל-על, הפחתת חמצן ואבולוציה, כמו גם תגובת הפחתת CO2. עניין רב במיוחד נכנס לבורופן כחומר אנודה לסוללות וכחומר אחסון מימן. בשל יכולות ספציפיות תיאורטיות גבוהות, מוליכות אלקטרונית ותכונות הובלת יונים, בורופן נחשב לחומר אנודה נהדר לסוללות. בשל יכולת הספיגה הגבוהה של מימן לבורופן, הוא מציע פוטנציאל גדול לאגירת מימן – עם יכולת אחסון של מעל 15% ממשקלו.
בורופן לאחסון מימן
חומרים דו-ממדיים (דו-ממדיים) מבוססי בור זוכים לתשומת לב רבה כאמצעי אחסון H2 בשל המסה האטומית הנמוכה של הבור והיציבות של קישוט מתכות אלקליות על פני השטח, המשפרות את האינטראקציות עם H2. ננו-יריעות בורופן דו-ממדיות, שניתן לסנתז בקלות באמצעות פילינג שלב נוזלי על-קולי כמתואר לעיל, הראו זיקה טובה לאטומים שונים לקישוט מתכות, שבהם יכולה להתרחש התקבצות של אטומי מתכת. באמצעות מגוון עיטורי מתכת, כגון Li, Na, Ca ו- Ti על פולימורפים שונים של בורופן, התקבלו צפיפויות כבידתיות H2 מרשימות הנעות בין 6 ל -15 wt%, מעבר לדרישת משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) לאחסון מובנה של 6.5wt% H2. (ראה: חביבי ואח', 2021)
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.