औद्योगिक पैमाने पर अल्ट्रासोनिक बोरोफीन संश्लेषण
बोरोफीन, बोरान का एक द्वि-आयामी नैनोस्ट्रक्चर्ड व्युत्पन्न, एक आसान और कम लागत वाली अल्ट्रासोनिक छूटना के माध्यम से कुशलतापूर्वक संश्लेषित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक तरल-चरण छूटना का उपयोग बड़ी मात्रा में उच्च गुणवत्ता वाले बोरोफीन नैनोशीट का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक छूटना तकनीक का व्यापक रूप से 2 डी नैनोमैटेरियल्स (जैसे, ग्राफीन) का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है और उच्च गुणवत्ता वाले नैनोशीट, उच्च पैदावार, तेजी से और आसान संचालन, साथ ही समग्र दक्षता के अपने फायदे के लिए जाना जाता है।
बोरोफीन तैयारी के लिए अल्ट्रासोनिक छूटना विधि
अल्ट्रासोनिक रूप से संचालित तरल-चरण छूटना व्यापक रूप से ग्रेफाइट (ग्राफीन), बोरान (बोरोफीन) सहित विभिन्न थोक अग्रदूतों से 2 डी नैनोशीट तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है। रासायनिक छूटना तकनीक की तुलना में, अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त तरल-चरण छूटना को 0 डी और 2 डी नैनोस्ट्रक्चर जैसे बोरॉन क्वांटम डॉट्स (बीक्यूडी) और बोरोफीन तैयार करने के लिए अधिक आशाजनक रणनीति माना जाता है। (सीएफ. वांग एट अल., 2021)
बाईं ओर की योजना 2 डी कुछ-परत बोरोफीन शीट की अल्ट्रासोनिक कम तापमान तरल छूटना प्रक्रिया को दर्शाती है। (अध्ययन और चित्र: ©लिन एट अल., 2021.)
सोनोकेमिकल रिएक्टर एक से लैस है 2000 वाट औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP2000hdT बड़े पैमाने पर बोरोफीन छूटना के लिए।
अल्ट्रासोनिक बोरोफीन छूटना के मामले का अध्ययन
तरल-चरण प्रक्रिया में पावर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके छूटना और प्रदूषण का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है और बोरोफीन और अन्य बोरान डेरिवेटिव जैसे बोरान क्वांटम डॉट्स, बोरान नाइट्राइड या मैग्नीशियम डाइबोराइड पर सफलतापूर्वक लागू किया गया है।
α-बोरोफीन
गोक्टुना और तासाल्टिन (2021) द्वारा किए गए अध्ययन में, बोरोफीन α एक आसान और कम लागत वाली अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के माध्यम से तैयार किया गया था। अल्ट्रासोनिक रूप से संश्लेषित बोरोफीन नैनोशीट एक α बोरोफीन क्रिस्टलीय संरचना प्रदर्शित करते हैं।
प्रोटोकॉल: 100 मिलीग्राम बोरान microparticles एक नाइट्रोजन (एन में 4h के लिए 200 डब्ल्यू (उदाहरण के लिए, S26d14 के साथ UP200St का उपयोग कर) पर 100 मिलीलीटर DMF में sonicated थे2) अल्ट्रासोनिक तरल-चरण छूटना प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीकरण को रोकने के लिए प्रवाह नियंत्रित केबिन। एक्सफ़ोलीएटेड बोरान कणों के समाधान को क्रमशः 15 मिनट के लिए 5000 आरपीएम और 12,000 आरपीएम के साथ सेंट्रीफ्यूज किया गया था, फिर बोरोफीन को ध्यान से एकत्र किया गया और 50ºC पर 4h के लिए वैक्यूम परिवेश में सुखाया गया। (cf. Göktuna और Taşaltın, 2021)
जांच अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त सॉल्वोथर्मल उपचार प्रक्रिया द्वारा एक्सफोलिएट की गई कुछ परतों के साथ बोरोफीन का योजनाबद्ध चित्रण।
अध्ययन और चित्र: ©झांग एट अल।
फ्यू-लेयर बोरोफीन
झांग एट अल (2020) एक एसीटोन सॉल्वोथर्मल तरल चरण छूटना तकनीक की रिपोर्ट करता है, जो बड़े क्षैतिज आकार के साथ उच्च गुणवत्ता वाले बोरोफीन के उत्पादन की अनुमति देता है। एसीटोन के सूजन प्रभाव का उपयोग करते हुए, बोरान पाउडर अग्रदूत को पहले एसीटोन में गीला किया गया था। फिर, गीले बोरान अग्रदूत को 200ºC पर एसीटोन में सॉल्थर्मली रूप से इलाज किया गया था, इसके बाद 4h के लिए 225 W पर जांच-प्रकार के सोनिकेटर के साथ सोनिकेशन किया गया था। बोरान की कुछ परतों के साथ बोरोफीन और 5.05 मिमी तक का क्षैतिज आकार अंततः प्राप्त किया गया था। एसीटोन सॉल्वोथर्मल-असिस्टेड लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन तकनीक का उपयोग बड़े क्षैतिज आकार और उच्च गुणवत्ता वाले बोरॉन नैनोशीट तैयार करने के लिए किया जा सकता है। (सीएफ. झांग एट अल., 2020)
जब अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफ़ोलीएटेड बोरोफीन के एक्सआरडी पैटर्न की तुलना थोक बोरान अग्रदूत के साथ की जाती है, तो एक समान एक्सआरडी पैटर्न देखा जा सकता है। अधिकांश प्रमुख विवर्तन चोटियों को बी-रॉम्बोहेड्रल बोरान में अनुक्रमित किया जा सकता है, यह सुझाव देते हुए कि एक्सफोलिएशन उपचार से पहले और बाद में क्रिस्टलीय संरचना लगभग संरक्षित है।
एसीटोन में अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त सॉल्वोथर्मल एक्सफोलिएशन द्वारा प्राप्त कुछ परतों के साथ बोरोफीन के कम रिज़ॉल्यूशन (ए) और उच्च रिज़ॉल्यूशन (बी) के साथ एसईएम छवियां
अध्ययन और चित्र: ©झांग एट अल।
जांच अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त सॉल्वोथर्मल एक्सफोलिएशन द्वारा प्राप्त कुछ परतों के साथ अनुपचारित थोक बोरान और बोरोफीन के एक्सआरडी पैटर्न (ए) और रमन स्पेक्ट्रा (बी)।
अध्ययन और चित्र: ©झांग एट अल।
बोरान क्वांटम डॉट्स का सोनोकेमिकल संश्लेषण
हाओ एट अल (2020) ने एक शक्तिशाली जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर (जैसे, UP400St, यूआईपी500एचडीटी नहीं तो UIP1000hdT). संश्लेषित बोरान क्वांटम पार्श्व आकार में 2.46 ±0.4 एनएम और मोटाई में 2.81 ±0.5 एनएम के साथ डॉट्स।
प्रोटोकॉल: बोरान क्वांटम डॉट्स की एक विशिष्ट तैयारी में, बोरान पाउडर के 30 मिलीग्राम को पहले तीन-गर्दन वाले फ्लास्क में जोड़ा गया था और फिर अल्ट्रासोनिकेशन प्रक्रिया से पहले बोतल में 15 एमएल एसीटोनिट्राइल जोड़ा गया था। एक्सफोलिएशन 400 W की आउटपुट पावर पर किया गया था (उदाहरण के लिए, का उपयोग करके यूआईपी500एचडीटी), 20kHz आवृत्ति और 60 मिनट का अल्ट्रासोनिक समय। अल्ट्रासोनिकेशन के दौरान समाधान के ओवरहीटिंग से बचने के लिए, एक निरंतर तापमान के लिए बर्फ स्नान या लैब चिलर का उपयोग करके ठंडा किया गया था। परिणामी समाधान 60 मिनट के लिए 1500 आरपीएम पर अपकेंद्रित्र किया गया था। सतह पर तैरनेवाला निहित बोरॉन क्वांटम डॉट्स धीरे से निकाला गया था. सभी प्रयोग कमरे के तापमान पर आयोजित किए गए थे। (सीएफ. हाओ एट अल., 2020)
वांग एट अल (2021) के अध्ययन में, शोधकर्ता अल्ट्रासोनिक तरल चरण छूटना तकनीक का उपयोग करके बोरान क्वांटम डॉट्स भी तैयार करते हैं। उन्होंने एक संकीर्ण आकार वितरण, उत्कृष्ट फैलाव, आईपीए समाधान में उच्च स्थिरता और दो-फोटो प्रतिदीप्ति के साथ मोनोडिस्पर्स्ड बोरान क्वांटम डॉट प्राप्त किया।
टीईएम छवियों और अलग-अलग अल्ट्रासोनिक स्थितियों के तहत तैयार बीक्यूडी के संबंधित व्यास वितरण। (ए) बीक्यूडी-2 की टीईएम छवि 2 घंटे के लिए 400 डब्ल्यू पर संश्लेषित की गई (बी) बीक्यूडी -3 की टीईएम छवि 1 घंटे के लिए 550 डब्ल्यू पर संश्लेषित की गई (सी) बीक्यूडी -3 की टीईएम छवि 4 घंटे के लिए 400 डब्ल्यू पर संश्लेषित (डी) (ए) से प्राप्त क्वांटम डॉट्स का व्यास वितरण। (ई) (बी) से प्राप्त क्वांटम डॉट्स का व्यास वितरण। (च) (ग) से प्राप्त क्वांटम बिदुओं का व्यास वितरण।
अध्ययन और चित्र: ©हाओ एट अल।
मैग्नीशियम डाइबोराइड नैनोशीट्स का अल्ट्रासोनिक छूटना
एक्सफोलिएशन की प्रक्रिया 450mg मैग्नीशियम डाइबोराइड को निलंबित करके की गई थी
(एमजीबी2) पाउडर (लगभग 100 जाल आकार / 149 माइक्रोन) 150 मिलीलीटर पानी में और इसे 30 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिकेशन में उजागर करें। अल्ट्रासोनिक छूटना एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर के साथ किया जा सकता है जैसे कि यूपी200एचटी नहीं तो UP400St 30% के आयाम और दालों पर / बंद दालों पर 10sec के चक्र मोड के साथ। अल्ट्रासोनिक छूटना एक गहरे काले निलंबन में परिणाम। काले रंग को प्राचीन MgB2 पाउडर के रंग के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (ए से एफ तक) पानी में ग्रेफाइट फ्लेक के सोनो-मैकेनिकल एक्सफोलिएशन को दर्शाता है UP200S, एक 200W अल्ट्रासोनिकेटर 3 मिमी सोनोट्रोड के साथ। तीर विभाजन (छूटना) की जगह दिखाते हैं, जिसमें विभाजन में प्रवेश करने वाले गुहिकायन बुलबुले होते हैं।
© Tyurnina एट अल 2020
किसी भी पैमाने पर बोरोफीन छूटना के लिए शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher Ultrasonics डिजाइन, निर्माण, और किसी भी आकार में मजबूत और विश्वसनीय ultrasonicators वितरित करता है। कॉम्पैक्ट लैब अल्ट्रासोनिक उपकरणों से लेकर औद्योगिक अल्ट्रासोनिक जांच और रिएक्टरों तक, Hielscher में आपकी प्रक्रिया के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक प्रणाली है। नैनोमटेरियल संश्लेषण और फैलाव जैसे अनुप्रयोगों में लंबे समय के 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, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर उच्च प्रदर्शन अनुप्रयोगों जैसे बोरोफीन या ग्राफीन छूटना के साथ-साथ नैनोमटेरियल फैलाव के लिए आदर्श हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं।
सभी उपकरण जर्मनी में हमारे मुख्यालय में डिजाइन और निर्मित किए गए हैं। ग्राहक को डिलीवरी से पहले, प्रत्येक अल्ट्रासोनिक डिवाइस को पूर्ण भार के तहत सावधानीपूर्वक परीक्षण किया जाता है। हम ग्राहकों की संतुष्टि के लिए प्रयास करते हैं और हमारा उत्पादन उच्चतम गुणवत्ता आश्वासन (जैसे, आईएसओ प्रमाणन) को पूरा करने के लिए संरचित है।
- उच्च दक्षता
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- विश्वसनीयता & मजबूती
- जत्था & इनलाइन
- किसी भी मात्रा के लिए
- बुद्धिमान सॉफ्टवेयर
- स्मार्ट सुविधाएँ (जैसे, डेटा प्रोटोकॉल)
- सीआईपी (क्लीन-इन-प्लेस)
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।
साहित्य/सन्दर्भ
- 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
बोरोफीन
बोरोफीन बोरॉन का एक क्रिस्टलीय परमाणु मोनोलेयर है, अर्थात, यह बोरॉन का द्वि-आयामी अलॉट्रोप है (जिसे बोरॉन नैनोशीट भी कहा जाता है)। इसकी अनूठी भौतिक और रासायनिक विशेषताएं बोरोफीन को कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक मूल्यवान सामग्री में बदल देती हैं।
बोरोफीन 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 में कमी और विकास, साथ ही सीओ 2 इलेक्ट्रोडक्शन प्रतिक्रिया में अनुप्रयोगों के लिए बोरोफीन का उपयोग करने की संभावनाएं खोलता है। विशेष रूप से उच्च ब्याज बैटरी के लिए एनोड सामग्री के रूप में और हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के रूप में बोरोफीन में जाता है। उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमताओं, इलेक्ट्रॉनिक चालकता और आयन परिवहन गुणों के कारण, बोरोफीन बैटरी के लिए महान एनोड सामग्री के रूप में योग्य है। हाइड्रोजन से बोरोफीन की उच्च सोखने की क्षमता के कारण, यह हाइड्रोजन भंडारण के लिए काफी संभावनाएं प्रदान करता है - इसके वजन के 15% से अधिक स्ट्रोएज क्षमता के साथ।
हाइड्रोजन भंडारण के लिए बोरोफीन
बोरॉन के कम परमाणु द्रव्यमान और सतह पर क्षार धातुओं को सजाने की स्थिरता के कारण द्वि-आयामी (2 डी) बोरान-आधारित सामग्री एच 2 स्टोरेज मीडिया के रूप में बहुत ध्यान आकर्षित कर रही है, जो एच 2 के साथ बातचीत को बढ़ाती है। द्वि-आयामी बोरोफीन नैनोशीट्स, जिन्हें ऊपर वर्णित अल्ट्रासोनिक तरल-चरण छूटना का उपयोग करके आसानी से संभ्रमित किया जा सकता है, ने विभिन्न धातु-सजाने वाले परमाणुओं के लिए एक अच्छी आत्मीयता दिखाई है, जिसमें धातु परमाणुओं का क्लस्टरिंग हो सकता है। विभिन्न बोरोफीन बहुरूपियों पर ली, ना, सीए और टीआई जैसी विभिन्न धातु सजावट का उपयोग करते हुए, प्रभावशाली एच 2 गुरुत्वाकर्षण घनत्व 6 से 15 डब्ल्यूटी% तक प्राप्त किए गए हैं, जो 6.5wt% H2 के ऑनबोर्ड स्टोरेज के लिए अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) की आवश्यकता से अधिक है। (सीएफ. हबीबी एट अल., 2021)
Hielscher Ultrasonics से उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है प्रयोगशाला तक औद्योगिक आकार।