Nanocijevi bor nitrida – Eksfolirani i raspršeni sonikacijom
Ultrasonication se uspješno primjenjuje na obradu i disperziju bor nitrida nanocijevi (BNNTs). Sonikacija visokog intenziteta omogućuje homogeno raščešljavanje i distribuciju u različitim otopinama i stoga je ključna tehnika obrade za ugradnju BNNT-a u otopine i matrice.
Ultrazvučna obrada nanocijevi bor nitrida
Za ugradnju nanocijevi bor nitrida (BNNT) ili nanostruktura bor nitrida (BNN) kao što su nanoplohe i nanovrpce u tekuće otopine ili polimerne matrice potrebna je učinkovita i pouzdana tehnika disperzije. Ultrazvučna disperzija osigurava potrebnu energiju za ljuštenje, raspetljavanje, raspršivanje i funkcionalizaciju nanocijevi bor nitrida i nanostruktura bor nitrida uz visoku učinkovitost. Precizno kontrolirani parametri obrade ultrazvuka visokog intenziteta (tj. energija, amplituda, vrijeme, temperatura i tlak) omogućuju individualnu prilagodbu uvjeta obrade ciljanom procesu. To znači da se ultrazvučni intenzitet može prilagoditi u odnosu na specifičnu formulaciju (kvaliteta BNNT-a, otapala, koncentracija kruto-tekuće itd.), čime se postižu optimalni rezultati.
Ultrazvučni put za sintezu nanočaša bor nitrida
(studija i grafički prikaz: Yu et al. 2012.)
Primjene ultrazvučne BNNT i BNN obrade pokrivaju cijeli raspon od homogene disperzije dvodimenzionalnih nanostruktura bor nitrida (2D-BNNs), do njihove funkcionalizacije i kemijskog ljuštenja jednoslojnog heksagonalnog bor nitrida. U nastavku predstavljamo pojedinosti o ultrazvučnoj disperziji, eksfolijaciji i funkcionalizaciji BNNT-a i BNN-a.
Ugradnja ultrazvučnih raspršivača (2x UIP1000hdT) za obradu nanocijevi bor nitrida u industrijskim razmjerima
Ultrazvučna disperzija bor nitrid nanocijevi
Kada se nanocijevi bor nitrida (BNNT) koriste za pojačanje polimera ili za sintezu novih materijala, potrebna je jednolika i pouzdana disperzija u matrici. Ultrazvučni raspršivači naširoko se koriste za raspršivanje nano materijala kao što su CNT, metalne nanočestice, čestice jezgre i ljuske i druge vrste nano čestica u drugu fazu.
Ultrazvučna disperzija uspješno je primijenjena za raščešljavanje i ravnomjernu distribuciju BNNT-a u vodenim i nevodenim otopinama uključujući etanol, PVP etanol, TX100 etanol kao i razne polimere (npr. poliuretan).
Uobičajeno korišteno surfaktant za stabilizaciju ultrazvučno pripremljene BNNT disperzije je 1% wt otopina natrijevog dodecil sulfata (SDS). Na primjer, 5 mg BNNT-a je ultrazvučno dispergirano u bočici s 5 mL 1% wt. SDS otopina pomoću raspršivača tipa ultrazvučne sonde kao što je UP200St (26kHz, 200W).
Vodena disperzija BNNT-a pomoću ultrazvuka
Zbog svojih jakih van der Waalsovih interakcija i hidrofobne površine, nanocijevi bor nitrida slabo se mogu dispergirati u otopinama na bazi vode. Kako bi riješili te probleme, Jeon et al. (2019.) upotrijebili su Pluronic P85 i F127, koji imaju i hidrofilne i hidrofobne skupine za funkcionalizaciju BNNT-a pod sonikacijom.
SEM slike skraćenih BNNT nakon različitih trajanja sonikacije. Kao što je prikazano, duljine ovih BNNT-ova smanjuju se s povećanjem kumulativnog trajanja sonikacije.
(studija i slika: Lee et al. 2012.)
Eksfolijacija nanoploča bor nitrida bez surfaktanata pomoću sonikacije
Lin i sur. (2011.) predstavljaju čistu metodu eksfolijacije i disperzije heksagonalnog bor nitrida (h-BN). Tradicionalno se smatra da je heksagonalni bor nitrid netopljiv u vodi. Međutim, uspjeli su pokazati da je voda učinkovita za ljuštenje slojevitih h-BN struktura korištenjem ultrazvučne obrade, tvoreći "čiste" vodene disperzije h-BN nanoploča bez upotrebe surfaktanata ili organske funkcionalizacije. Ovaj ultrazvučni proces eksfolijacije proizveo je nekoliko slojeva h-BN nanoploča kao i jednoslojnu nanoploču i nanotraku. Većina nanoploča bila je smanjene bočne veličine, što se pripisuje rezanju matičnih ploča h-BN izazvanom hidrolizom potpomognutom sonikacijom (potkrijepljeno testom amonijaka i rezultatima spektroskopije). Ultrazvučno inducirana hidroliza također je pospješila ljuštenje h-BN nanoploča kao pomoć u učinku polariteta otapala. Nanoplohe h-BN u ovim "čistim" vodenim disperzijama pokazale su dobru preradljivost metodama otopine zadržavajući svoje fizičke karakteristike. Raspršene h-BN nanoplohe u vodi također su pokazale snažan afinitet prema proteinima kao što je feritin, što sugerira da su površine nanoploča bile dostupne za daljnje biokonjugacije.
Ultrazvučno smanjenje veličine i rezanje nanocijevi bor nitrida
The length of boron nitride nanotubes plays a crucial role when it comes to the subsequent processing of BNNTs into polymers and other functionalized materials. Therefore it is an important fact that sonication of the BNNTs in solvent could not only separate BNNTs individually, but also shorten the bamboo structured BNNTs under controlled conditions. The shortened BNNTs have a much lower chance of bundling during composite preparation.Lee at al. (2012) demonstrated that the lengths of functionalized BNNTs can be efficiently shortened from >10µm to ∼500nm by ultrasonication. Their experiments suggest that effective ultrasonic dispersion of BNNT in solution is necessary for such cutting of BNNT size reduction and cutting.
(c) Dobro raspršeni mPEG-DSPE/BNNT u vodi (nakon 2 sata sonikacije). (d) Shematski prikaz BNNT-a funkcionaliziranog mPEG-DSPE molekulom
(studija i slika: Lee et al. 2012.)
Ultrazvučni homogenizator UP400St za disperziju nanocijevi bor nitrida (BNNTs)
Ultrasonicators visokih performansi za BNNT obradu
Pametne značajke Hielscher ultrazvučnih uređaja dizajnirane su da jamče pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost korištenja. Operativnim postavkama može se jednostavno pristupiti i birati putem intuitivnog izbornika, kojem se može pristupiti putem digitalnog zaslona u boji osjetljivog na dodir i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uvjeti obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, tlak i temperatura automatski bilježe na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje reviziju i usporedbu prethodnih sonikacijskih ciklusa i optimizaciju procesa eksfolijacije i disperzije nanocijevi i nanomaterijala borovog nitrida do najveće učinkovitosti.
Hielscher Ultrasonics sustavi koriste se diljem svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih BNNT-ova. Hielscher industrijski ultrasonicators može lako pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200 µm mogu se lako kontinuirano generirati sa standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i malog održavanja, naši ultrazvučni sustavi za piling i disperziju obično se postavljaju za teške primjene iu zahtjevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Hielscher ultrazvučni procesori za disperziju i eksfolijaciju nanocijevi bor nitrida kao i CNT i grafena već su instalirani širom svijeta u komercijalnoj mjeri. Kontaktirajte nas sada kako bismo razgovarali o vašem procesu proizvodnje BNNT-a! Naše iskusno osoblje rado će podijeliti više informacija o procesu pilinga, ultrazvučnim sustavima i cijenama!
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Nanocijevi i nanomaterijali bor nitrida
Nanocijevi bor nitrida nude jedinstvenu atomsku strukturu sastavljenu od atoma bora i dušika raspoređenih u heksagonalnu mrežu. Ova struktura daje BNNT-u brojna izvrsna intrinzična svojstva kao što su vrhunska mehanička čvrstoća, visoka toplinska vodljivost, električno izolacijska svojstva, piezoelektrična svojstva, sposobnost zaštite od neutrona i otpornost na oksidaciju. Zazor pojasa od 5 eV također se može podesiti pomoću poprečnih električnih polja, što BNNT čini zanimljivim za elektroničke uređaje. Osim toga, BNNT imaju visoku otpornost na oksidaciju do 800°C, pokazuju izvrsnu piezoelektričnost i mogu biti dobar materijal za pohranu vodika na sobnoj temperaturi.
BNNT protiv grafena: BNNT su strukturni analozi grafena. Glavna razlika između nanomaterijala na bazi borovog nitrida i njihovih analoga na bazi ugljika je priroda veza između atoma. Veza CC u ugljikovim nanomaterijalima ima čisti kovalentni karakter, dok BN veze imaju djelomično ionski karakter zbog e−parova u sp2 hibridiziranom BN. (usp. Emanet et al. 2019.)
BNNT u odnosu na ugljikove nanocijevi: Nanocijevi bor nitrida (BNNT) pokazuju sličnu cjevastu nanostrukturu kao ugljikove nanocijevi (CNT) u kojima su atomi bora i dušika raspoređeni u heksagonalnu mrežu.
Xenes: Xenes su 2D, monoelementarni nanomaterijali. Istaknuti primjeri su borofen, galenen, silicen, germanen, stanen, fosforen, arsenen, antimonen, bizmuten, telurene i selenen. Xenes ima izvanredna svojstva materijala, koja stoga imaju potencijal probiti ograničenja u pogledu praktičnih primjena drugih 2D materijala. Saznajte više o ultrazvučnom pilingu xenes!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.