Xenes के अल्ट्रासोनिक छूटना
Xenes 2D मोनोलेमेंटल नैनोमैटेरियल्स हैं जिनमें असाधारण गुण होते हैं जैसे कि बहुत उच्च सतह क्षेत्र, अनिसोट्रोपिक भौतिक / रासायनिक गुण जिनमें बेहतर विद्युत चालकता या तन्य शक्ति शामिल है। अल्ट्रासोनिक छूटना या प्रदूषण स्तरित अग्रदूत सामग्री से एकल-परत 2 डी नैनोशीट का उत्पादन करने के लिए एक कुशल और विश्वसनीय तकनीक है। अल्ट्रासोनिक छूटना पहले से ही औद्योगिक पैमाने पर उच्च गुणवत्ता वाले xenes नैनोशीट के उत्पादन के लिए स्थापित है।
ज़ेन्स – मोनोलेयर नैनोस्ट्रक्चर
Xenes मोनोलेयर (2D), मोनोलेमेंटल नैनोमटेरियल्स हैं, जिनमें परतों के बीच एक ग्राफीन जैसी संरचना, इंट्रा-लेयर सहसंयोजक बंधन और कमजोर वैन डेर वाल्स बल होते हैं। सामग्री के लिए उदाहरण, जो xenes वर्ग का हिस्सा हैं, बोरोफीन, सिलिसीन, जर्मेन, स्टैनिन, फॉस्फोरीन (काला फास्फोरस), आर्सेनीन, बिस्मथीन, और टेल्यूरिन और एंटीमोनीन हैं। उनकी एकल-परत 2 डी संरचना के कारण, ज़ेन्स नैनोमैटेरियल्स को बहुत बड़ी सतह के साथ-साथ बेहतर रासायनिक और भौतिक प्रतिक्रियाओं द्वारा चार्टराइज किया जाता है। यह संरचनात्मक विशेषताएं xenes nanomaterials प्रभावशाली फोटोनिक, उत्प्रेरक, चुंबकीय और इलेक्ट्रॉनिक गुण देती हैं और इन नैनोस्ट्रक्चर को कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत दिलचस्प बनाती हैं। बाईं ओर छोड़ी गई तस्वीर अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफ़ोलीएटेड बोरोफीन की एसईएम छवियां दिखाती है।
अल्ट्रासोनिक Delamination का उपयोग कर Xenes नैनोमैटेरियल्स का उत्पादन
स्तरित नैनोमटेरियल्स का तरल छूटना: एकल-परत 2 डी नैनोशीट स्तरित संरचनाओं (जैसे, ग्रेफाइट) के साथ अकार्बनिक सामग्रियों से उत्पादित होते हैं जो शिथिल स्टैक्ड होस्ट परतों में होते हैं जो परत-से-परत गैलरी विस्तार या कुछ आयनों और / या सॉल्वैंट्स के इंटरकलेशन पर सूजन प्रदर्शित करते हैं। छूटना, जिसमें स्तरित चरण को नैनोशीट्स में विभाजित किया जाता है, आमतौर पर परतों के बीच तेजी से कमजोर इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण के कारण सूजन के साथ होता है जो व्यक्तिगत 2 डी परतों या चादरों के कोलाइडल फैलाव का उत्पादन करता है। (सीएफ गेंग एट अल, 2013) सामान्य तौर पर, यह ज्ञात है कि सूजन अल्ट्रासोनिकेशन के माध्यम से छूटना की सुविधा देती है और इसके परिणामस्वरूप नकारात्मक चार्ज नैनोशीट होती है। रासायनिक ढोंग भी सॉल्वैंट्स में सोनिकेशन के माध्यम से छूटना की सुविधा प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, कार्यात्मककरण अल्कोहल में स्तरित डबल हाइड्रॉक्साइड (एलडीएच) के छूटने की अनुमति देता है। (सीएफ निकोलोसी एट अल।
अल्ट्रासोनिक छूटना/प्रदूषण के लिए स्तरित सामग्री एक विलायक में शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक तरंगों के संपर्क में है। जब ऊर्जा-घने अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल या घोल में जोड़ा जाता है, तो ध्वनिक उर्फ अल्ट्रासोनिक कैविटेशन होता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन वैक्यूम बुलबुले के पतन की विशेषता है। अल्ट्रासाउंड तरंगें तरल के माध्यम से यात्रा करती हैं और बारी-बारी से कम दबाव / उच्च दबाव चक्र उत्पन्न करती हैं। मिनट वैक्यूम बुलबुले कम दबाव (दुर्लभता) चक्र के दौरान उत्पन्न होते हैं और विभिन्न कम दबाव / उच्च दबाव चक्रों पर बढ़ते हैं। जब एक गुहिकायन बुलबुला उस बिंदु तक पहुंच जाता है जहां यह किसी भी आगे की ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकता है, तो बुलबुला हिंसक रूप से फट जाता है और स्थानीय रूप से बहुत ऊर्जा-घने स्थिति बनाता है। एक कैविटेशनल हॉट-स्पॉट बहुत उच्च दबाव और तापमान, संबंधित दबाव और तापमान अंतर, उच्च गति वाले तरल जेट और कतरनी बलों द्वारा निर्धारित किया जाता है। ये सोनोमैकेनिकल और सोनोकेमिकल बल स्टैक्ड परतों और ब्रेक-अप स्तरित कण और क्रिस्टलीय संरचनाओं के बीच विलायक को धक्का देते हैं जिससे एक्सफोलिएटेड नैनोशीट का उत्पादन होता है। नीचे दिया गया छवि अनुक्रम अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा छूटना प्रक्रिया को प्रदर्शित करता है।
मॉडलिंग से पता चला है कि यदि विलायक की सतह ऊर्जा स्तरित सामग्री के समान है, तो एक्सफ़ोलीएटेड और रीएग्रीगेटेड राज्यों के बीच ऊर्जा अंतर बहुत छोटा होगा, जिससे पुन: एकत्रीकरण के लिए ड्राइविंग बल को हटा दिया जाएगा। वैकल्पिक सरगर्मी और कतरनी विधियों की तुलना में, अल्ट्रासोनिक आंदोलनकारियों ने छूटना के लिए एक अधिक प्रभावी ऊर्जा स्रोत प्रदान किया, जिससे टीएएस के आयन इंटरक्लेशन-असिस्टेड एक्सफोलिएशन का प्रदर्शन हुआ2, एनबीएस2, और राज्य मंत्री2, साथ ही स्तरित ऑक्साइड। (सीएफ निकोलोसी एट अल।
अल्ट्रासोनिक तरल-छूटना प्रोटोकॉल
अल्ट्रासोनिक छूटना और xenes और अन्य मोनोलेयर nanomaterials के प्रदूषण अनुसंधान में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है और सफलतापूर्वक औद्योगिक उत्पादन चरण में स्थानांतरित किया गया था। नीचे हम आपको सोनिकेशन का उपयोग करके चयनित एक्सफोलिएशन प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं।
फॉस्फोरिन नैनोफ्लेक्स का अल्ट्रासोनिक छूटना
फॉस्फोरीन (जिसे ब्लैक फॉस्फोरस, बीपी के रूप में भी जाना जाता है) फॉस्फोरस परमाणुओं से बनने वाली एक 2 डी स्तरित, मोनोलेमेंटल सामग्री है।
Passaglia et al. (2018) के शोध में, MMA की उपस्थिति में bP के सोनिकेशन-असिस्टेड लिक्विड-फेज एक्सफोलिएशन (LPE) द्वारा फॉस्फोरीन - मिथाइल मेथैक्रिलेट के स्थिर निलंबन की तैयारी के बाद रेडिकल पोलीमराइजेशन का प्रदर्शन किया जाता है। मिथाइल मेथैक्रिलेट (एमएमए) एक तरल मोनोमर है।
फॉस्फोरीन के अल्ट्रासोनिक तरल छूटना के लिए प्रोटोकॉल
MMA_bPn, NVP_bPn और Sty_bPn निलंबन एलपीई द्वारा एकमात्र मोनोमर की उपस्थिति में प्राप्त किए गए थे। एक विशिष्ट प्रक्रिया में, बीपी के 5 मिलीग्राम, ध्यान से एक मोर्टार में कुचल दिया गया था, एक टेस्ट ट्यूब में डाल दिया गया था और फिर एमएमए, स्टाई या एनवीपी की एक भारित मात्रा जोड़ा गया था। मोनोमर बीपी निलंबन को सोनोट्रोड एस 26 डी 2 (टिप व्यास: 2 मिमी) से लैस एक हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स होमोजेनाइज़र UP200St (200W, 26kHz) का उपयोग करके 90 मिनट के लिए sonicated किया गया था। अल्ट्रासोनिक आयाम पी = 7 डब्ल्यू के साथ 50% पर स्थिर बनाए रखा गया था। सभी मामलों में, बेहतर गर्मी लंपटता के लिए एक बर्फ स्नान का उपयोग किया गया था। अंतिम MMA_bPn, NVP_bPn और Sty_bPn निलंबन तब 15 मिनट के लिए N2 के साथ प्रफुल्लित किए गए थे। डीएलएस द्वारा सभी निलंबन का विश्लेषण किया गया था, जो आरएच मूल्यों को वास्तव में DMSO_bPn के करीब दिखा रहा था। उदाहरण के लिए, MMA_bPn निलंबन (बीपी सामग्री का लगभग 1% होने) को आरएच = 512 ± 58 एनएम की विशेषता थी।
जबकि फॉस्फोरीन पर अन्य वैज्ञानिक अध्ययन अल्ट्रासोनिक क्लीनर, उच्च क्वथनांक सॉल्वैंट्स और कम दक्षता का उपयोग करके कई घंटों के सोनिकेशन समय की रिपोर्ट करते हैं, पासग्लिया की शोध टीम एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर (अर्थात् Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर मॉडल UP200St).
मोनोलेयर नैनोशीट्स का अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन
बोरोफीन और रूथेनियम ऑक्साइड नैनोशीट के लिए अधिक विशिष्ट विवरण और एक्सफोलिएशन प्रोटोकॉल पढ़ने के लिए, कृपया नीचे दिए गए लिंक का पालन करें:
बोरोफीन: सोनीशन प्रोटोकॉल और अल्ट्रासोनिक बोरोफीन छूटना के परिणामों के लिए, कृपया यहां क्लिक करें!
आरयूओ2: सोनीशन प्रोटोकॉल और अल्ट्रासोनिक रूथेनियम ऑक्साइड नैनोशीट छूटना के परिणामों के लिए, कृपया यहां क्लिक करें!
कुछ-परत सिलिका नैनोशीट्स का अल्ट्रासोनिक छूटना
अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के माध्यम से प्राकृतिक वर्मीक्यूलाइट (वर्म) से फ्यू-लेयर एक्सफोलिएटेड सिलिका नैनोशीट तैयार किए गए थे। एक्सफ़ोलीएटेड सिलिका नैनोशीट्स के संश्लेषण के लिए निम्नलिखित तरल-चरण छूटना विधि लागू की गई थी: 40 मिलीग्राम सिलिका नैनोशीट्स 40 एमएल निरपेक्ष इथेनॉल में बिखरे हुए थे। इसके बाद, मिश्रण को 7 मिमी सोनोट्रोड से लैस Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UP200St का उपयोग करके 2 घंटे के लिए अल्ट्रासोनिकेटेड किया गया था। अल्ट्रासाउंड तरंग का आयाम 70% पर स्थिर रखा गया था। ओवरहीटिंग से बचने के लिए एक बर्फ स्नान लागू किया गया था। अनएक्सफ़ोलिएटेड एसएन को 10 मिनट के लिए 1000 आरपीएम पर सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा हटा दिया गया था। अंत में, उत्पाद को रात भर वैक्यूम के तहत कमरे के तापमान पर साफ और सुखाया गया। (सीएफ. गुओ एट अल., 2022)
Xenes नैनोशीट्स के छूटने के लिए हाई-पावर अल्ट्रासाउंड जांच और रिएक्टर
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 अपनी 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 xenes के संश्लेषण और अन्य 2D मोनोलेयर नैनोमटेरियल्स जैसे बोरोफीन, फॉस्फोरीन या ग्राफीन के साथ-साथ इन नैनोस्ट्रक्चर के विश्वसनीय फैलाव के लिए आदर्श हैं।
असाधारण रूप से शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड: Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते 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।
उच्चतम गुणवत्ता – जर्मनी में डिजाइन और निर्मित: 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।
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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साहित्य/सन्दर्भ
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Passaglia, Elisa; Cicogna, Francesca; Costantino, Federica; Coiai, Serena; Legnaioli, Stefano; Lorenzetti, G.; Borsacchi, Silvia; Geppi, Marco; Telesio, Francesca; Heun, Stefan; Ienco, Andrea; Serrano-Ruiz, Manuel; Peruzzini, Maurizio (2018): Polymer-Based Black Phosphorus (bP) Hybrid Materials by in Situ Radical Polymerization: An Effective Tool To Exfoliate bP and Stabilize bP Nanoflakes. Chemistry of Materials 2018.
- Zunmin Guo, Jianuo Chen, Jae Jong Byun, Rongsheng Cai, Maria Perez-Page, Madhumita Sahoo, Zhaoqi Ji, Sarah J. Haigh, Stuart M. Holmes (2022): High-performance polymer electrolyte membranes incorporated with 2D silica nanosheets in high-temperature proton exchange membrane fuel cells. Journal of Energy Chemistry, Volume 64, 2022. 323-334.
- Sukpirom, Nipaka; Lerner, Michael (2002): Rapid exfoliation of a layered titanate by ultrasonic processing. Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing 333, 2002. 218-222.
- Nicolosi, Valeria; Chhowalla, Manish; Kanatzidis, Mercouri; Strano, Michael; Coleman, Jonathan (2013): Liquid Exfoliation of Layered Materials. Science 340, 2013.
जानने के योग्य तथ्य
फॉस्फोरीन
फॉस्फोरीन (ब्लैक फॉस्फोरस नैनोशीट्स/नैनोफ्लेक्स भी) 105 के उच्च वर्तमान ऑन/ऑफ अनुपात के साथ 5 एनएम मोटाई के नमूने के लिए 1000 सेमी 2 वी-1 एस-1 की उच्च गतिशीलता प्रदर्शित करता है। p-प्रकार के अर्धचालक के रूप में, फॉस्फोरीन में 0.3 eV का प्रत्यक्ष बैंड अंतराल होता है। इसके अलावा, फॉस्फोरीन में एक सीधा बैंड गैप होता है जो मोनोलेयर के लिए लगभग 2 ईवी तक बढ़ जाता है। ये भौतिक विशेषताएं काले फास्फोरस नैनोशीट्स को नैनोइलेक्ट्रॉनिक और नैनोफोटोनिक उपकरणों में औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक सामग्री बनाती हैं, जो दृश्यमान स्पेक्ट्रम की पूरी श्रृंखला को कवर करती हैं। (सीएफ. पासग्लिया एट अल., 2018) एक अन्य संभावित अनुप्रयोग बायोमेडिसिन अनुप्रयोगों में निहित है, क्योंकि अपेक्षाकृत कम विषाक्तता काले फास्फोरस के उपयोग को अत्यधिक आकर्षक बनाती है।
द्वि-आयामी सामग्रियों के वर्ग में, फॉस्फोरीन को अक्सर ग्राफीन के बगल में रखा जाता है क्योंकि, ग्राफीन के विपरीत, फॉस्फोरीन में एक नॉनजेरो मौलिक बैंड अंतर होता है जिसे तनाव और स्टैक में परतों की संख्या से भी संशोधित किया जा सकता है।
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।
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