बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब – सोनिकेशन द्वारा परतों में पृथक और परिक्षेपित
बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब (BNNTs) के प्रसंस्करण और परिक्षेपण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। उच्च-तीव्रता वाला सोनिकेशन विभिन्न विलयनों में उनकी उलझनों को एकसमान रूप से सुलझाता है और उनका समांगी वितरण करता है। इस प्रकार, BNNTs को विलयनों और मैट्रिक्स में समाविष्ट करने के लिए यह एक महत्वपूर्ण प्रसंस्करण तकनीक है।
बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब का अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण
बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब (BNNTs) या नैनोशीट और नैनोरिबन जैसी बोरॉन नाइट्राइड नैनोसंरचनाओं (BNNs) को तरल विलयनों या बहुलकीय मैट्रिक्स में समाविष्ट करने के लिए एक कुशल और विश्वसनीय परिक्षेपण तकनीक की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब और बोरॉन नाइट्राइड नैनोसंरचनाओं को उच्च दक्षता से परतों में पृथक करने, उनकी उलझनों को सुलझाने, उन्हें परिक्षेपित करने और उनका कार्यात्मककरण करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है। उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड के सटीक रूप से नियंत्रित किए जा सकने वाले प्रसंस्करण मापदंड (अर्थात ऊर्जा, आयाम, समय, तापमान और दाब) लक्षित प्रक्रिया उद्देश्य के अनुसार प्रसंस्करण स्थितियों को अलग-अलग समायोजित करने की सुविधा देते हैं। इसका अर्थ है कि अल्ट्रासोनिक तीव्रता को विशिष्ट फॉर्मूलेशन (BNNTs की गुणवत्ता, विलायक, ठोस–तरल सांद्रता आदि) के अनुसार समायोजित किया जा सकता है, जिससे सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त होते हैं।
बोरॉन नाइट्राइड नैनोकप के संश्लेषण का अल्ट्रासोनिक मार्ग
(अध्ययन और आरेख: Yu et al. 2012)
BNNT और BNN के अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण के अनुप्रयोगों में द्वि-आयामी बोरॉन नाइट्राइड नैनोसंरचनाओं (2D-BNNs) के समांगी परिक्षेपण से लेकर उनके कार्यात्मककरण और एकल-परतीय षट्कोणीय बोरॉन नाइट्राइड के रासायनिक परत-पृथक्करण तक की पूरी शृंखला शामिल है। नीचे हम BNNTs और BNNs के अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण, परत-पृथक्करण और कार्यात्मककरण का विवरण प्रस्तुत करते हैं।
अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सरों (2x UIP1000hdT) की औद्योगिक पैमाने पर बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब के प्रसंस्करण के लिए स्थापना
बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब का अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण
जब बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब (BNNTs) का उपयोग बहुलकों को प्रबलित करने या नई सामग्रियों के संश्लेषण के लिए किया जाता है, तो मैट्रिक्स में एकसमान और विश्वसनीय परिक्षेपण आवश्यक होता है। CNTs, धात्विक नैनोकणों, कोर–शेल कणों और अन्य प्रकार के नैनोकणों जैसी नैनोसामग्रियों को दूसरी प्रावस्था में परिक्षेपित करने के लिए अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सरों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
एथेनॉल, PVP युक्त एथेनॉल, TX100 युक्त एथेनॉल तथा विभिन्न बहुलकों (जैसे पॉलीयूरेथेन) सहित जलीय और गैर-जलीय विलयनों में BNNTs की उलझनों को सुलझाने और उन्हें एकसमान रूप से वितरित करने के लिए अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है।
अल्ट्रासोनिक विधि से तैयार BNNT परिक्षेपण को स्थिर करने के लिए सामान्यतः प्रयुक्त पृष्ठसक्रियकारक सोडियम डोडेसिल सल्फेट (SDS) का 1%wt विलयन है। उदाहरण के लिए, एक वायल में 5 mL के 1%wt. SDS विलयन में 5 mg BNNTs को अल्ट्रासोनिक प्रोब-प्रकार के डिस्पर्सर का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक रूप से परिक्षेपित किया जाता है; ऐसे डिस्पर्सर का एक उदाहरण है UP200St (26kHz, 200W).
अल्ट्रासाउंड द्वारा BNNTs का जलीय परिक्षेपण
प्रबल वान डर वाल्स अंतःक्रियाओं और जलविरागी सतह के कारण बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब जल-आधारित विलयनों में आसानी से परिक्षेपित नहीं होते। इन समस्याओं को हल करने के लिए Jeon et al. (2019) ने सोनिकेशन के दौरान BNNT का कार्यात्मककरण करने के लिए Pluronic P85 और F127 का उपयोग किया, जिनमें जलरागी और जलविरागी दोनों प्रकार के समूह होते हैं।
सोनिकेशन की विभिन्न अवधियों के बाद छोटे किए गए BNNTs की SEM छवियाँ। जैसा कि दिखाया गया है, सोनिकेशन की संचयी अवधि बढ़ने के साथ इन BNNTs की लंबाई घटती जाती है।
(अध्ययन और चित्र: Lee et al. 2012)
सोनिकेशन द्वारा बोरॉन नाइट्राइड नैनोशीट का पृष्ठसक्रियकारक-मुक्त परत-पृथक्करण
Lin et al. (2011) हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (h-BN) के एक्सफोलिएशन और परिक्षेपण की एक स्वच्छ विधि प्रस्तुत करते हैं। हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड को परंपरागत रूप से पानी में अघुलनशील माना जाता है। हालांकि, वे यह प्रदर्शित कर सके कि अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा परतदार h-BN संरचनाओं के एक्सफोलिएशन के लिए पानी प्रभावी है, जिससे सर्फेक्टेंट या कार्बनिक प्रकार्यात्मकन का उपयोग किए बिना h-BN नैनोशीट्स के “स्वच्छ” जलीय परिक्षेपण बनते हैं। इस अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन प्रक्रिया से कुछ परतों वाली h-BN नैनोशीट्स के साथ-साथ एकल-परतीय नैनोशीट और नैनोरिबन संरचनाएं भी बनीं। अधिकांश नैनोशीट्स के पार्श्व आयाम कम हो गए थे, जिसका कारण सोनिकेशन-सहायित जल-अपघटन से मूल h-BN शीट्स का कटना माना गया (इसकी पुष्टि अमोनिया परीक्षण और स्पेक्ट्रोस्कोपी के परिणामों से हुई)। अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित जल-अपघटन ने विलायक की ध्रुवीयता के प्रभाव में सहायता करते हुए h-BN नैनोशीट्स के एक्सफोलिएशन को भी बढ़ावा दिया। इन “स्वच्छ” जलीय परिक्षेपणों में h-BN नैनोशीट्स ने अपने भौतिक गुणों को बनाए रखते हुए विलयन-आधारित विधियों द्वारा अच्छी प्रसंस्करणीयता प्रदर्शित की। पानी में परिक्षेपित h-BN नैनोशीट्स ने फेरिटिन जैसे प्रोटीनों के प्रति प्रबल बंधुता भी प्रदर्शित की, जिससे संकेत मिलता है कि नैनोशीट्स की सतहें आगे जैव-संयुग्मन के लिए उपलब्ध थीं।
बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब्स का अल्ट्रासोनिक आकार घटाना और काटना
जब BNNTs को आगे प्रसंस्कृत करके पॉलिमर और अन्य प्रकार्यात्मकित सामग्रियों में शामिल किया जाता है, तो बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब्स की लंबाई एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसलिए यह एक महत्वपूर्ण तथ्य है कि विलायक में BNNTs का सोनिकेशन न केवल BNNTs को अलग-अलग कर सकता है, बल्कि नियंत्रित परिस्थितियों में बांस जैसी संरचना वाले BNNTs की लंबाई भी कम कर सकता है। छोटी लंबाई वाले BNNTs के सम्मिश्र तैयार करते समय बंडल बनाने की संभावना बहुत कम होती है। Lee at al. (2012) ने प्रदर्शित किया कि अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा प्रकार्यात्मकित BNNTs की लंबाई कुशलतापूर्वक >10µm से घटाकर ∼500nm की जा सकती है। उनके प्रयोगों से संकेत मिलता है कि BNNT का आकार घटाने और उन्हें काटने के लिए विलयन में BNNT का प्रभावी अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण आवश्यक है।
(c) पानी में अच्छी तरह परिक्षेपित mPEG- DSPE/BNNTs (2 h के सोनिकेशन के बाद)। (d) mPEG-DSPE अणु द्वारा प्रकार्यात्मकित BNNT का योजनाबद्ध निरूपण
(अध्ययन और चित्र: Lee et al. 2012)
अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र UP400St का उपयोग बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब्स (BNNTs) के परिक्षेपण के लिए किया जाता है
BNNT प्रसंस्करण के लिए उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों की स्मार्ट सुविधाएँ विश्वसनीय संचालन, पुनरुत्पादनीय परिणाम और उपयोग में आसानी सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। संचालन संबंधी सेटिंग्स को सहज मेनू के माध्यम से आसानी से देखा और समायोजित किया जा सकता है। इस मेनू तक डिजिटल रंगीन टच-डिस्प्ले और ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल के माध्यम से पहुँचा जा सकता है। इसलिए, शुद्ध ऊर्जा, कुल ऊर्जा, आयाम, समय, दाब और तापमान जैसी सभी प्रसंस्करण स्थितियाँ अंतर्निर्मित SD-कार्ड पर स्वचालित रूप से दर्ज हो जाती हैं। इससे आप पिछले सोनिकेशन चक्रों की समीक्षा और तुलना कर सकते हैं तथा बोरोन नाइट्राइड नैनोट्यूबों और नैनोसामग्रियों की परतों को अलग करने और उन्हें परिक्षेपित करने की प्रक्रिया को उच्चतम दक्षता प्राप्त करने के लिए अनुकूलित कर सकते हैं।
Hielscher Ultrasonics प्रणालियों का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाले BNNTs के निर्माण के लिए दुनिया भर में किया जाता है। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर संचालन (24/7/365) में आसानी से उच्च आयामों पर काम कर सकते हैं। मानक सोनोट्रोडों (अल्ट्रासोनिक प्रोब / हॉर्न) से 200µm तक के आयाम आसानी से निरंतर उत्पन्न किए जा सकते हैं। इससे भी अधिक आयामों के लिए, आवश्यकतानुसार अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। अपनी मज़बूती और कम रखरखाव की आवश्यकता के कारण, हमारी अल्ट्रासोनिक परत-पृथक्करण और परिक्षेपण प्रणालियाँ आम तौर पर भारी कार्यभार वाले अनुप्रयोगों और कठिन परिस्थितियों वाले परिवेशों में स्थापित की जाती हैं।
Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 24/7 संचालन में 200µm तक के आयामों पर आसानी से निरंतर काम किया जा सकता है। इससे भी अधिक आयामों के लिए, आवश्यकतानुसार अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं।
बोरोन नाइट्राइड नैनोट्यूबों के साथ-साथ CNTs और ग्राफीन के परिक्षेपण और परत-पृथक्करण के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पहले से ही दुनिया भर में व्यावसायिक पैमाने पर स्थापित हैं। अपनी BNNT निर्माण प्रक्रिया पर चर्चा करने के लिए हमसे अभी संपर्क करें! हमारे अनुभवी कर्मचारी परत-पृथक्करण प्रक्रिया, अल्ट्रासोनिक प्रणालियों और कीमतों के बारे में अधिक जानकारी साझा करके प्रसन्न होंगे!
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | इससे अधिक | उपकरणों का समूह: UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
साहित्य / संदर्भ
- 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.
जानने योग्य तथ्य
बोरोन नाइट्राइड नैनोट्यूब और नैनोसामग्रियाँ
बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब की अनूठी परमाण्विक संरचना षट्कोणीय जाल में व्यवस्थित बोरॉन और नाइट्रोजन परमाणुओं से बनी होती है। यह संरचना BNNT को अनेक उत्कृष्ट अंतर्निहित गुण प्रदान करती है, जैसे बेहतर यांत्रिक मजबूती, उच्च तापीय चालकता, विद्युतरोधी व्यवहार, दाबविद्युत गुण, न्यूट्रॉन परिरक्षण क्षमता और ऑक्सीकरण प्रतिरोध। अनुप्रस्थ विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके 5 eV बैंड गैप को भी समायोजित किया जा सकता है, जिससे BNNTs इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए रुचिकर बनते हैं। इसके अतिरिक्त, BNNTs में 800°C तक उच्च ऑक्सीकरण प्रतिरोध होता है, वे उत्कृष्ट दाबविद्युत प्रभाव प्रदर्शित करते हैं और कमरे के तापमान पर हाइड्रोजन भंडारण के लिए अच्छी सामग्री हो सकते हैं।
BNNTs बनाम ग्राफीन: BNNTs ग्राफीन के संरचनात्मक समरूप हैं। बोरॉन नाइट्राइड आधारित नैनोसामग्रियों और उनके कार्बन आधारित समकक्षों के बीच मुख्य अंतर परमाणुओं के बीच के बंधों की प्रकृति है। कार्बन नैनोसामग्रियों में C-C बंध की प्रकृति पूर्णतः सहसंयोजक होती है, जबकि sp2 संकरित B-N में e− युग्मों के कारण B-N बंधों की प्रकृति आंशिक रूप से आयनिक होती है। (cf. Emanet et al. 2019)
BNNTs बनाम कार्बन नैनोट्यूब: बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब (BNNTs) की नलिकाकार नैनोसंरचना कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) के समान होती है, जिसमें बोरॉन और नाइट्रोजन परमाणु षट्कोणीय जाल में व्यवस्थित होते हैं।
ज़ीन: ज़ीन 2D, एकल-तत्वीय नैनोसामग्रियाँ हैं। इनके प्रमुख उदाहरण बोरोफीन, गैलेनीन, सिलिसीन, जर्मेनीन, स्टैनीन, फॉस्फोरीन, आर्सेनीन, एंटीमोनीन, बिस्मथीन, टेल्युरीन और सेलेनीन हैं। ज़ीन में असाधारण सामग्री गुण होते हैं, जिनके कारण उनमें अन्य 2D सामग्रियों के व्यावहारिक अनुप्रयोगों से जुड़ी सीमाओं को पार करने की क्षमता होती है। ज़ीन के अल्ट्रासोनिक परत-वियोजन के बारे में और जानें!
Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है, जिनके आकार प्रयोगशाला स्तर से लेकर औद्योगिक स्तर तक होते हैं।