Bór-nitrid nanocsövek – Hámlasztott és diszpergált szonikációval

Az ultrahangos kezelést sikeresen alkalmazzák a bór-nitrid nanocsövek (BNNTs) feldolgozására és diszperziójára. A nagy intenzitású szonikálás homogén kibontást és eloszlást biztosít különböző oldatokban, és ezáltal kulcsfontosságú feldolgozási technika a BNNT-k oldatokba és mátrixokba történő beépítéséhez.

Bór-nitrid nanocsövek ultrahangos feldolgozása

A bór-nitrid nanocsövek (BNNT-k) vagy bór-nitrid nanoszerkezetek, például nanolemezek és nanoszalagok folyékony oldatokba vagy polimer mátrixokba történő beépítéséhez hatékony és megbízható diszperziós technikára van szükség. Az ultrahangos diszperzió biztosítja a szükséges energiát a bór-nitrid nanocsövek és a bór-nitrid nanoszerkezetek nagy hatékonyságú hámlasztásához, szétbontásához, diszpergálásához és funkcionalizálásához. A nagy intenzitású ultrahang pontosan szabályozható feldolgozási paraméterei (azaz energia, amplitúdó, idő, hőmérséklet és nyomás) lehetővé teszik a feldolgozási feltételek egyedi beállítását a kitűzött folyamatcélhoz. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos intenzitás beállítható az adott készítmény tekintetében (BNNT-k minősége, oldószer, szilárd-folyadék koncentráció stb.), Ezáltal optimális eredményeket kap.

Az ultrahangos BNNT és BNN feldolgozás alkalmazásai lefedik a kétdimenziós bór-nitrid nanoszerkezetek (2D-BNN-ek) homogén diszperziójától az egyrétegű hatszögletű bór-nitrid funkcionalizálásáig és kémiai hámlasztásáig. Az alábbiakban bemutatjuk a BNNT-k és BNN-ek ultrahangos diszperziójának, hámlasztásának és funkcionalizálásának részleteit.

A bór-nitrid nanocsövek ultrahangos diszperziója

Ha bórnitrid nanocsöveket (BNNT) használnak polimerek megerősítésére vagy új anyagok szintetizálására, egyenletes és megbízható diszperzióra van szükség a mátrixba. Az ultrahangos diszpergálószereket széles körben használják nanoanyagok, például CNT-k, fém nanorészecskék, maghéj-részecskék és más típusú nanorészecskék diszpergálására egy második fázisba.
Az ultrahangos diszperziót sikeresen alkalmazták a BNNT-k egyenletes kibontására és elosztására vizes és nem vizes oldatokban, beleértve az etanolt, PVP etanolt, TX100 etanolt, valamint különböző polimereket (pl. Poliuretán).
Az ultrahanggal előállított BNNT diszperzió stabilizálására általánosan használt felületaktív anyag egy 1% tömeg% nátrium-dodecil-szulfát (SDS) oldat. Például 5 mg BNNT-ket ultrahanggal diszpergálunk egy injekciós üvegben, 5 ml 1 tömeg% tömeggel. SDS oldat ultrahangos szonda típusú diszpergáló alkalmazásával, mint például a UP200St (26kHz, 200W).

BNNT-k vizes diszperziója ultrahanggal

Erős van der Waals kölcsönhatásuk és hidrofób felületük miatt a bór-nitrid nanocsövek rosszul diszpergálhatók vízalapú oldatokban. E problémák megoldására Jeon et al. (2019) Pluronic P85-öt és F127-et használt, amelyek hidrofil csoportokkal és hidrofób csoportokkal rendelkeznek a BNNT szonikálás alatt történő funkcionalizálására.

A bór-nitrid nanolemezek felületaktív anyagmentes hámlása szonikálással

Lin et al. (2011) a hatszögletű bór-nitrid (h-BN) hámlasztásának és diszperziójának tiszta módszerét mutatja be. A hatszögletű bór-nitridet hagyományosan vízben oldhatatlannak tekintik. Azonban képesek voltak bizonyítani, hogy a víz hatékonyan hámlasztja a rétegelt h-BN szerkezeteket ultrahangos kezeléssel, a h-BN nanolemezek "tiszta" vizes diszperzióit képezve felületaktív anyagok vagy szerves funkcionalizálás nélkül. Ez az ultrahangos hámlasztási folyamat néhány rétegű h-BN nanolemezt, valamint egyrétegű nanolemezt és nanoszalag fajokat állított elő. A legtöbb nanolemez csökkentett oldalirányú méretű volt, amit a szonikációval segített hidrolízis által indukált szülő h-BN lemezek vágásának tulajdonítottak (az ammóniateszt és a spektroszkópiai eredmények megerősítették). Az ultrahanggal indukált hidrolízis elősegítette a h-BN nanolemezek hámlását is az oldószer polaritási hatásának elősegítésében. Ezekben a "tiszta" vizes diszperziókban a h-BN nanolemezek jó feldolgozhatóságot mutattak az oldatos módszerekkel, megőrizve fizikai jellemzőiket. A vízben diszpergált h-BN nanolemezek erős affinitást mutattak olyan fehérjék iránt is, mint a ferritin, ami arra utal, hogy a nanolemez felületek rendelkezésre állnak további biokonjugációkhoz.

Az ultrahangos kavitációt és nyíróerőket alkalmazó szonomechanikus diszperziós módszer tisztán fizikai keverési megközelítés, amely bizonyítottan képes BNNT-k szétválasztására és az egyes BNNT-k stabilizálására, miközben megőrzi integritásukat és belső tulajdonságaikat. Megfelelő ultrahangos energia (Ws / ml) alkalmazásával, azaz beállított amplitúdó és szonikációs időtartam, ultrahangos diszperzió egyenletesen kibonthatja és eloszlathatja a BNNTS-t. Nagyobb amplitúdók és hosszabb szonikálás alkalmazható, ha a bór-nitrid nanocsövek hosszát csökkenteni kell. További információ ultrahangos méretcsökkentés és hosszvágás BNNTs a következő részben.

Bór-nitrid nanocsövek ultrahangos méretcsökkentése és vágása

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.

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek BNNT feldolgozáshoz

A Hielscher ultrahangos készülékek intelligens funkcióit úgy tervezték, hogy garantálják a megbízható működést, a reprodukálható eredményeket és a felhasználóbarátságot. A működési beállítások könnyen elérhetők és tárcsázhatók az intuitív menü segítségével, amely digitális színes érintőképernyővel és böngésző távirányítóval érhető el. Ezért minden feldolgozási körülmény, például a nettó energia, a teljes energia, az amplitúdó, az idő, a nyomás és a hőmérséklet automatikusan rögzítésre kerül a beépített SD-kártyán. Ez lehetővé teszi a korábbi szonikációs futások felülvizsgálatát és összehasonlítását, valamint a bór-nitrid nanocsövek és nanoanyagok hámlási és diszperziós folyamatának optimalizálását a legnagyobb hatékonyság érdekében.
A Hielscher Ultrasonics rendszereket világszerte használják kiváló minőségű BNNT-k gyártásához. A Hielscher ipari ultrahangos készülékek könnyen nagy amplitúdókat futtathatnak folyamatos üzemben (24/7/365). Az 200μm-ig terjedő amplitúdók könnyen folyamatosan generálhatók standard sonotrodes (ultrahangos szondák / szarvak) segítségével. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. Robusztusságuk és alacsony karbantartásuk miatt ultrahangos hámlasztó és diszperziós rendszereinket általában nagy teherbírású alkalmazásokhoz és igényes környezetekhez telepítik.
Hielscher Ultrasonics’ Az ipari ultrahangos processzorok nagyon nagy amplitúdókat tudnak biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre.
Hielscher ultrahangos processzorok diszperziós és hámlasztó bór-nitrid nanocsövek, valamint CNT-k és grafén már telepítve vannak világszerte kereskedelmi méretekben. Vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy megbeszéljük BNNT gyártási folyamatát! Jól tapasztalt munkatársaink örömmel osztanak meg további információkat a hámlasztási folyamatról, az ultrahangos rendszerekről és az árakról!
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: