औद्योगिक पैमाने पर अल्ट्रासोनिक बोरोफेन संश्लेषण
बोरोन के दो आयामी नैनोस्ट्रक्चर्ड व्युत्पन्न बोरोफीन को फेसियल और कम लागत वाले अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के माध्यम से कुशलतापूर्वक संश्लेषित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक लिक्विड-फेज एक्सफोलिएशन का उपयोग बड़ी मात्रा में उच्च गुणवत्ता वाले बोरोफेन नैनोशीट का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन तकनीक का व्यापक रूप से 2D नैनोमैटेरियल्स (जैसे, ग्राफीन) का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है और यह उच्च गुणवत्ता वाले नैनोशीट, उच्च पैदावार, तेजी से और फेसियल ऑपरेशन के साथ-साथ समग्र दक्षता के लाभों के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।
बोरोफेन तैयारी के लिए अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन विधि
अल्ट्रासोनिक रूप से संचालित तरल-चरण एक्सफोलिएशन का व्यापक रूप से उपयोग ग्रेफाइट (ग्राफीन), बोरोन (बोरोफेन) सहित विभिन्न थोक अग्रदूतों से 2डी नैनोशीट तैयार करने के लिए किया जाता है। रासायनिक एक्सफोलिएशन तकनीक की तुलना में, अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त तरल-चरण एक्सफोलिएशन को बोरोन क्वांटम डॉट्स (बीक्यूडी) और बोरोफेन जैसे 0D और 2D नैनोस्ट्रक्चर तैयार करने के लिए अधिक आशाजनक रणनीति माना जाता है। (cf. वांग एट अल., 2021)
छोड़ी गई योजना 2D कुछ परत बोरोफेन शीट की अल्ट्रासोनिक कम तापमान तरल एक्सफोलिएशन प्रक्रिया को दर्शाती है। (अध्ययन और चित्र: ©लिन एट अल., 2021.)
सोनोकेमिकल रिएक्टर एक से लैस 2000 वाट औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP2000hdT बड़े पैमाने पर बोरोफेन छूटना के लिए।
अल्ट्रासोनिक बोरोफेन एक्सफोलिएशन के केस स्टडीज
तरल चरण की प्रक्रिया में पावर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करने वाले एक्सफोलिएशन और डेलामिनेशन का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है और बोरोन क्वांटम डॉट्स, बोरोन नाइट्राइड या मैग्नीशियम डिबोराइड जैसे बोरोफेन और अन्य बोरोन डेरिवेटिव पर सफलतापूर्वक लागू किया गया है।
α-बोरोफेन
गोक्टुना और Taşaltın (2021) द्वारा किए गए अध्ययन में, α बोरोफेन को फेसियल और कम लागत वाले अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के माध्यम से तैयार किया गया था। अल्ट्रासोनिक रूप से संश्लेषित बोरोफेन नैनोशीट्स बोरोफेन क्रिस्टलीय संरचना α प्रदर्शित करती हैं।
प्रोटोकॉल: 100 मिलीग्राम बोरोन सूक्ष्मकणों को 200 डब्ल्यू में 100 मिलीलीटर डीएमएफ में सोनिकेट किया गया था (उदाहरण के लिए, एक नाइट्रोजन (एन) में 4h के लिए S26d14 के साथ UP200St का उपयोग करना (एन2) अल्ट्रासोनिक लिक्विड-फेज एक्सफोलिएशन प्रोसेस के दौरान ऑक्सीकरण को रोकने के लिए फ्लो कंट्रोल्ड केबिन। एक्सफोलिएटेड बोरोन कणों का समाधान क्रमशः 15 मिनट के लिए 5000 आरपीएम और 12,000 आरपीएम के साथ अपकेंद्रित्र किया गया था, फिर बोरोफेन ने ध्यान से 50ºC पर 4h के लिए वैक्यूम परिवेश में एकत्र और सूख गया। (cf. गोकटुना और Taşaltın, 2021)
जांच अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त सोल्थेरमल उपचार प्रक्रिया द्वारा छूटने वाली कुछ परतों के साथ बोरोफेन का योजनाबद्ध चित्रण।
अध्ययन और चित्र: ©ज़हांग एट अल., 2020
कुछ परत बोरोफेन
झांग एट अल ( 2020) एक एसीटोन सॉल्वथेमल लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन तकनीक की रिपोर्ट करता है, जो बड़े क्षैतिज आकार के साथ उच्च गुणवत्ता वाले बोरोफेन के उत्पादन की अनुमति देता है। एसीटोन के सूजन प्रभाव का उपयोग करते हुए, बोरोन पाउडर अग्रदूत को पहले एसीटोन में गीला किया गया था। फिर, गीले बोरोन अग्रदूत को 200ºC में एसीटोन में आगे का इलाज किया गया, जिसके बाद 4h के लिए 225 डब्ल्यू पर जांच-प्रकार के सोनिकेटर के साथ सोनीकेट के साथ सोनिकेशन किया गया। बोरोन की कुछ परतों और 5.05 मिमी तक क्षैतिज आकार के साथ बोरोफीन अंततः प्राप्त किया गया था। एसीटोन सॉल्वथेरमल-असिस्टेड लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन तकनीक का उपयोग बड़े क्षैतिज आकार और उच्च गुणवत्ता वाले बोरोन नैनोशीट तैयार करने के लिए किया जा सकता है। (cf. झांग एट अल., २०२०)
जब अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफोलिएटेड बोरोफेन के एक्सआरडी पैटर्न की तुलना बल्क बोरोन अग्रदूत से की जाती है, तो इसी तरह के एक्सआरडी पैटर्न को देखा जा सकता है। अधिकांश प्रमुख विवर्तन चोटियों को बी-रोडूबेहडाल बोरोन में अनुक्रमित किया जा सकता है, जिससे यह सुझाव दिया जा सकता है कि क्रिस्टलीय संरचना छूटने के उपचार से पहले और बाद में लगभग संरक्षित है।
एसीटोन में अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त सोलेथर्मल एक्सफोलिएशन द्वारा प्राप्त कुछ परतों के साथ कम रिज़ॉल्यूशन (ए) और बोरोफेन के उच्च संकल्प (बी) के साथ एसईएम छवियां
अध्ययन और चित्र: ©ज़हांग एट अल., 2020
एक्सआरडी पैटर्न (ए) और रमन स्पेक्ट्रा (बी) अनुपचारित थोक बोरोन और बोरोफेन की जांच अल्ट्रासोनिक असिस्टेड सॉल्वथेरमल एक्सफोलिएशन द्वारा प्राप्त कुछ परतों के साथ।
अध्ययन और चित्र: ©ज़हांग एट अल., 2020
बोरोन क्वांटम डॉट्स के सोनोकेमिकल संश्लेषण
Hao एट अल ( 2020) सफलतापूर्वक एक शक्तिशाली जांच प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर (जैसे, एक अत्यधिक ध्रुवीय कार्बनिक विलायक, acetonile में विस्तारित बोरोन पाउडर से बड़े पैमाने पर और एक समान क्रिस्टलीय सेमीकंडक्टर बोरोन क्वांटम डॉट्स (BQDs) तैयार UP400St, UIP500hdT या UIP1000hdT). संश्लेषित बोरोन क्वांटम डॉट्स 2.46 ±0.4 एनएम के साथ पार्श्व आकार में और 2.81 ±0.5 एनएम मोटाई में।
प्रोटोकॉल: बोरोन क्वांटम डॉट्स की एक विशिष्ट तैयारी में, बोरोन पाउडर के 30 मिलीग्राम को पहले तीन गर्दन वाले फ्लास्क में जोड़ा गया था और फिर अल्ट्रासोनिकेशन प्रक्रिया से पहले बोतल में 15 एमएल एसीटोनिट्रिल जोड़ा गया था। एक्सफोलिएशन 400 डब्ल्यू की आउटपुट पावर पर किया गया था (उदाहरण के लिए, उपयोग करते हुए UIP500hdT), 20kHz आवृत्ति और 60 मिनट के अल्ट्रासोनिक समय। अल्ट्रासोनिकेशन के दौरान समाधान के ओवरहीटिंग से बचने के लिए, आइस बाथ या लैब चिलर का उपयोग करके ठंडा करना निरंतर तापमान के लिए लागू किया गया था। परिणामी समाधान 60 मिनट के लिए 1500 आरपीएम पर अपकेंद्रित्र किया गया था। सुपरनैंट निहित बोरोन क्वांटम डॉट्स धीरे से निकाला गया था । सभी प्रयोग कमरे के तापमान पर किए गए थे। (cf. Hao एट अल., 2020)
वांग एट अल (2021) के अध्ययन में, शोधकर्ता अल्ट्रासोनिक तरल चरण छूटने तकनीक का उपयोग करके बोरोन क्वांटम डॉट्स भी तैयार करते हैं। उन्होंने एक संकीर्ण आकार वितरण, उत्कृष्ट फैलाव, आईपीए समाधान में उच्च स्थिरता, और दो-फोटो फ्लोरेसेंस के साथ मोनोडिस्परे बोरोन क्वांटम डॉट प्राप्त किया।
TEM छवियों और अलग अल्ट्रासोनिक परिस्थितियों में तैयार BQDs के इसी व्यास वितरण। (क) बीक्यूडी-2 की टीम छवि 2 एच (ख) बीक्यूडी-3 की टीएनटी छवि 1 घंटे (ग) बीक्यूडी-3 की टीएनटी छवि 4 एच (डी) से प्राप्त डॉट क्वांटम के व्यास वितरण के लिए 400 डब्ल्यू पर संश्लेषित की गई है । (ङ) (ख) से प्राप्त क्वांटम डॉट्स का व्यास वितरण । (च) क्वांटम डॉट्स का व्यास वितरण (ग) से प्राप्त होता है ।
अध्ययन और चित्र: ©हाओ एट अल., 2020
मैग्नीशियम डिबोराइड नैनोशीट्स का अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन
450 मिलीग्राम मैग्नीशियम डिबोराइड को निलंबित करके एक्सफोलिएशन की प्रक्रिया को अंजाम दिया गया
(एमजीबी2) 150 मिलीलीटर पानी में पाउडर (लगभग 100 जाल आकार / 149 माइक्रोन) और इसे 30 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिकेशन के संपर्क में रखता है। अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन को जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर जैसे जांच-प्रकार के साथ किया जा सकता है UP200Ht या UP400St दालों पर 30% और 10सेकंड के चक्र मोड के आयाम के साथ। अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के परिणामस्वरूप एक गहरा काला निलंबन होता है। काले रंग को प्राचीन MgB2 पाउडर के रंग के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
पानी में ग्रेफाइट फ्लेक के सोनो-यांत्रिक छूटावण को दर्शाते हुए फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (एक से एफ तक) UP200S, एक 200W अल्ट्रासोनिकेटर 3 मिमी सोनोट्रॉड के साथ। तीर विभाजन को भेदने वाले कैविटेशन बुलबुले के साथ बंटवारे (एक्सफोलिएशन) की जगह दिखाते हैं।
© तायुर्निना एट अल 2020
किसी भी पैमाने पर बोरोफेन एक्सफोलिएशन के लिए शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher अल्ट्रासोनिक्स किसी भी आकार में मजबूत और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिकेटर डिजाइन, निर्माण और वितरित करता है। कॉम्पैक्ट लैब अल्ट्रासोनिक उपकरणों से लेकर औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोब्स और रिएक्टरों तक, हिल्स्चर में आपकी प्रक्रिया के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक सिस्टम है। नैनोमटेरियल संश्लेषण और फैलाव जैसे अनुप्रयोगों में लंबे समय तक अनुभव के साथ, हमारे अच्छी तरह से प्रशिक्षित कर्मचारी आपको ypour आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त सेटअप की सिफारिश करेंगे। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर औद्योगिक सुविधाओं में विश्वसनीय काम घोड़ों के रूप में जाना जाता है । बहुत उच्च आयाम देने में सक्षम, हिल्स्चर अल्ट्रासोनिकेटर उच्च प्रदर्शन वाले अनुप्रयोगों जैसे बोरोफेन या ग्राफीन एक्सफोलिएशन के साथ-साथ नैनोमटेरियल फैलाव के लिए आदर्श हैं। 200μm तक के आयामों को 24/7 ऑपरेशन में आसानी से लगातार चलाया जा सकता है। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोटरोड उपलब्ध हैं।
सभी उपकरणों को जर्मनी में हमारे मुख्यालय में डिजाइन और निर्मित किया गया है। ग्राहक को डिलीवरी से पहले, हर अल्ट्रासोनिक डिवाइस को पूर्ण भार के तहत सावधानीपूर्वक परीक्षण किया जाता है। हम ग्राहकों की संतुष्टि के लिए प्रयास करते हैं और हमारे उत्पादन को उच्चतम गुणवत्ता आश्वासन (जैसे, आईएसओ प्रमाणन) को पूरा करने के लिए संरचित किया जाता है।
- उच्च दक्षता
- अत्याधुनिक तकनीक
- विश्वसनीयता & मजबूती
- जत्था & पंक्ति में
- किसी भी मात्रा के लिए
- बुद्धिमान सॉफ्टवेयर
- स्मार्ट सुविधाएं (उदाहरण के लिए, डेटा प्रोटोकॉललिंग)
- सीआईपी (क्लीन-इन-प्लेस)
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 1 से 500 एमएल | 10 से 200 मील / मिनट | UP100H |
| 10 से 2000 मील | 20 से 400 एमएल / मिनट | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20 एल | 0.2 से 4 एल / मिनट | UIP2000hdT |
| 10 से 100 एल | 2 से 10 एल / मिनट | UIP4000hdT |
| एन.ए. | 10 से 100 एल / मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | के समूह UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
साहित्य/संदर्भ
- 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.
जानने के योग्य तथ्य
बोरोफेन
बोरोफीन बोरोन का एक क्रिस्टलीय परमाणु मोनोलेयर है, यानी, यह बोरोन (जिसे बोरोन नैनोशीट भी कहा जाता है) का दो आयामी एलोट्रोप है। इसकी अनूठी भौतिक और रासायनिक विशेषताएं बोरोफेन को कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक मूल्यवान सामग्री में बदल देती हैं।
बोरोफेन के असाधारण भौतिक और रासायनिक गुणों में अद्वितीय यांत्रिक, थर्मल, इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल और सुपरकंडक्टिंग पहलू शामिल हैं।
यह क्षार धातु आयन बैटरी, ली-एस बैटरी, हाइड्रोजन भंडारण, सुपरकैपेसिटर, ऑक्सीजन कमी और विकास, साथ ही CO2 इलेक्ट्रोरिडक्शन रिएक्शन में अनुप्रयोगों के लिए बोरोफेन का उपयोग करने की संभावनाओं को खोलता है। विशेष रूप से उच्च ब्याज बैटरी के लिए एक एनोड सामग्री के रूप में और हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के रूप में बोरोफेन में चला जाता है। उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमताओं, इलेक्ट्रॉनिक चालकता और आयन परिवहन गुणों के कारण, बोरोफेन बैटरी के लिए महान एनोड सामग्री के रूप में उत्तीर्ण होता है। बोरोफेन के लिए हाइड्रोजन की उच्च सोखने की क्षमता के कारण, यह हाइड्रोजन भंडारण के लिए महान क्षमता प्रदान करता है - इसके वजन के 15% से अधिक स्ट्रोज क्षमता के साथ।
हाइड्रोजन भंडारण के लिए बोरोफेन
बोरोन के कम परमाणु द्रव्यमान और सतह पर क्षार धातुओं को सजाने की स्थिरता के कारण दो-आयामी (2डी) बोरोन-आधारित सामग्रियों को एच 2 भंडारण मीडिया के रूप में अधिक ध्यान प्राप्त हो रहा है, जो एच 2 के साथ बातचीत को बढ़ाता है। दो आयामी बोरोफेन नैनोशीट, जिसे ऊपर दिए गए वर्णन के अनुसार अल्ट्रासोनिक लिक्विड-फेज एक्सफोलिएशन का उपयोग करके आसानी से संश्लेषित किया जा सकता है, ने विभिन्न धातु-सजाने वाले परमाणुओं के लिए एक अच्छा आत्मीयता दिखाई है, जिसमें धातु परमाणुओं का क्लस्टरिंग हो सकता है। विभिन्न बोरोफेन बहुरूपियों पर ली, ना, सीए और टीआई जैसे विभिन्न प्रकार की धातु सजावट का उपयोग करके, प्रभावशाली एच 2 ग्रेविमेट्रिक घनत्व 6 से 15 डब्ल्यूटी%, ऑनबोर्ड स्टोरेज ऑफ 6.5wt% एच 2 के लिए अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) आवश्यकता से अधिक प्राप्त किया गया है। (cf. हबीबी एट अल., 2021)
हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजर्स से बनाती है प्रयोगशाला सेवा मेरे औद्योगिक आकार।