A Xenes ultrahangos hámlása

A xének 2D monoelement nanoanyagok, amelyek rendkívüli tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a nagyon magas felület, az anizotróp fizikai / kémiai tulajdonságok, beleértve a kiváló elektromos vezetőképességet vagy szakítószilárdságot. Ultrahangos hámlás vagy delaminálás hatékony és megbízható technika előállítására egyrétegű 2D nanolapok réteges prekurzor anyagokból. Ultrahangos hámlás már létre a termelés kiváló minőségű xenes nanolapok ipari méretekben.

Xénes – Egyrétegű nanostruktúrák

A xének monorétegűek (2D), monoelement nanoanyagok, amelyek grafénszerű szerkezettel, rétegen belüli kovalens kötéssel és gyenge van der Waals erőkkel rendelkeznek a rétegek között. A xénes osztályba tartozó anyagok példái a boropén, a szilikén, a germán, a stanén, a foszfor (fekete foszfor), az arzén, a bizmutén, valamint a telluren és az antimon. Egyrétegű 2D szerkezetüknek köszönhetően a xenes nanoanyagokat egy nagyon nagy felület, valamint jobb kémiai és fizikai reaktivitások charcterizálják. Ezek a szerkezeti jellemzők lenyűgöző fotonikus, katalitikus, mágneses és elektronikus tulajdonságokat adnak a xenes nanoanyagoknak, és nagyon érdekessé teszik ezeket a nanostruktúrákat számos ipari alkalmazáshoz. A bal oldali képen sem képeket mutatnak ultrahanggal hámlasztott borophene-ről.

Xenes nanoanyagok gyártása ultrahangos delaminálással

Réteges nanoanyagok folyékony hámlása: Az egyrétegű 2D nanolapok szervetlen anyagokból készülnek réteges szerkezetekkel (pl. grafit), amelyek lazán egymásra rakott gazdarétegekből állnak, amelyek rétegről rétegre történő galériabővítést vagy duzzanatot jelenítenek meg bizonyos ionok és/vagy oldószerek interkalációján. A hámlás, amelyben a réteges fázis nanolapokká hasad, jellemzően a duzzanatot kíséri a rétegek közötti gyorsan gyengülő elektrosztatikus vonzások miatt, amelyek az egyes 2D rétegek vagy lapok kolloid diszperzióit eredményeznek. (vö. Geng et al, 2013) Általánosságban elmondható, hogy a duzzanat megkönnyíti a hámlást ultrahangos kezeléssel, és negatív töltésű nanolapokhoz vezet. Kémiai előkezelés is megkönnyíti a hámlás útján szonikálás oldószerek. Például a funkcionalizálás lehetővé teszi a réteges kettős hidroxidok (LDH- k) hámlását az alkoholokban. (vö. Nicolosi és mtsai., 2013)
Ultrahangos hámlás / delaminálás a réteges anyag van kitéve erős ultrahangos hullámok oldószerben. Amikor az energia-sűrű ultrahang hullámok csatlakozik egy folyadék vagy hígtrágya, akusztikus más néven ultrahangos kavitáció fordul elő. Az ultrahangos kavitációt a vákuumbuborékok összeomlása jellemzi. Az ultrahang hullámok áthaladnak a folyadékon, és váltakozó alacsony nyomású / nagynyomású ciklusokat generálnak. A perc vákuumbuborékok alacsony nyomású (rarefaction) ciklus során keletkeznek, és különböző alacsony nyomású / magas nyomású ciklusokon keresztül nőnek. Amikor egy kavitációs buborék eléri azt a pontot, ahol nem képes további energiát elnyelni, a buborék hevesen összeomlik, és helyileg nagyon energia-sűrű körülményeket teremt. A kavitációs forró pontot nagyon magas nyomások és hőmérsékletek, megfelelő nyomások és hőmérsékletkülönbségek, nagy sebességű folyékony fúvókák és nyíróerők határozzák meg. Ezek a szonomechanikus és szonokémiai erők az oldószert a halmozott rétegek és a feldarabolt réteges részecskék és kristályszerkezetek közé tolják, ezáltal hámlasztott nanolapokat hoznak létre. Az alábbi képsorozat ultrahangos kavitációval mutatja be a hámlási folyamatot.

A grafit pehely vízben történő szonomechanikai hámlását szemléltető keretek nagy sebességű sorozata (a-tól f-ig) a UP200S, egy 200W ultrasonicator 3 mm-es sonotrode-val. A nyilak a hasítás (hámlás) helyét mutatják kavitációs buborékokkal, amelyek behatolnak a hasításba.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

A modellezés kimutatta, hogy ha az oldószer felületi energiája hasonló a réteges anyagéhoz, akkor a hámlott és újraagált állapotok közötti energiakülönbség nagyon kicsi lesz, eltávolítva az újraaggregáció hajtóerejét. Az alternatív keverési és nyírási módszerekhez képest az ultrahangos keverők hatékonyabb energiaforrást biztosítottak a hámláshoz, ami a TaS ion interkalációval segített hámlásának demonstrációjához vezetett.₂Nbs₂, és MoS₂, valamint a réteges oxidok. (vö. Nicolosi és mtsai., 2013)

TEM képek ultrahanggal folyékony hámlasztott nanolapokról: (A) Az N-metil-pirroldon oldószerben történő szonikálással hámlasztott grafén nanolap. (B) H-BN nanolap, amelyet az izopropanol oldószerben szonikálással hámlasztanak. (C) Vizes felületaktív anyagoldatban szonikálással hámlasztott MoS2 nanolap.
(Tanulmány és képek: ©Nicolosi et al., 2013)

Ultrahangos folyadék-hámlási protokollok

Ultrahangos hámlás és delaminálása xenes és más monoréteg nanoanyagok már széles körben tanulmányozták a kutatásban, és sikeresen át az ipari termelési szakaszban. Az alábbiakban bemutatjuk a kiválasztott hámlási protokollokat szonikálással.

A foszfor nanopelyhek ultrahangos hámlása

A foszfor (más néven fekete foszfor, BP) egy 2D rétegű, monoelement anyag, amely foszforatomokból képződik.
A Passaglia és mtsai. (2018) kutatásában a foszfor − metil-metakrilát stabil szuszpenziójának előkészítését bizonyítják a bP szonikálással támogatott folyadékfázisú hámlásával (LPE) MMA jelenlétében, majd radikális polimerizációval. A metil-metakrilát (MMA) folyékony monomer.

Protokoll ultrahangos folyékony hámlasztása foszfor

MMA_bPn, NVP_bPn és Sty_bPn szuszpenziókat az LPE az egyetlen monomer jelenlétében szerezte be. Egy tipikus eljárásban ∼5 mg bP-t, amelyet gondosan összezúztak egy habarcsban, egy kémcsőbe helyezték, majd egy súlyozott mennyiségű MMA- t, Sty-t vagy NVP-t adtak hozzá. A monomer bP szuszpenziót 90 percig szonikálták hielscher ultrasonics homogenizálóval UP200St (200W, 26kHz), S26d2 sonotrode-val van felszerelve (csúcsátmérő: 2 mm). Az ultrahangos amplitúdót állandó szinten tartották 50% -on P = 7 W-on. Minden esetben jégfürdőt használtak a jobb hőelvezetéshez. Az utolsó MMA_bPn, NVP_bPn és Sty_bPn felfüggesztést 15 percre N2-vel insufflatedették. Az összes felfüggesztést DLS elemezte, és az rH-értékeket nagyon közel mutatta a DMSO_bPn értékéhez. Például a MMA_bPn szuszpenziót (amely a bP-tartalom körülbelül 1% -át teszi ki) rH = 512 ± 58 nm jellemezte.
Míg más tudományos tanulmányok foszfor jelentés szonikációs idő több óra segítségével ultrahangos tisztító, magas forráspont oldószerek, és az alacsony hatékonyság, a kutatócsoport Passaglia bizonyítani egy rendkívül hatékony ultrahangos hámlás protokoll segítségével szonda típusú ultrasonicator (azaz, UP200St).

Ultrahangos boropén hámlás

A szonikálás protokollok és eredmények ultrahangos borophen hámlás, kérjük, kattintson ide!

Ultrahangos hámlás a kevésrétegű szilícium-dioxid nanolapok

Néhány rétegű hámlott szilícium-dioxid nanolapok (E-SN) készült természetes vermikulit (Verm) ultrahangos hámlás útján. A hámlasztott szilícium-dioxid nanolapok szintéziséhez a következő folyadékfázisú hámlási módszert alkalmazták: 40 mg szilícium-dioxid nanolapátot (SN) diszpergáltak 40 ml abszolút etanolban. Ezt követően a keveréket 2 órán át ultrahangosították Hielscher segítségével Ultrahangos processzor UP200St, 7 mm-es sonotrode-val van felszerelve. Az ultrahanghullám amplitúdóját 70% -on tartották. A túlmelegedés elkerülése érdekében jégfürdőt alkalmaztak. A nem hámlott SN-t centrifugálással 1000 fordulat / perc sebességgel 10 percig eltávolították. Végül a terméket dekantálták és szobahőmérsékleten vákuumban szárították egy éjszakán át. (vö. Guo et al., 2022)

Nagy teljesítményű ultrahang szondák és reaktorok xenes nanolapok hámlásához

Hielscher Ultrasonics tervez, gyárt, és forgalmazza robusztus és megbízható ultrasonicators bármilyen méretben. A kompakt laboratóriumi ultrahangos eszközöktől az ipari ultrahangos szondákig és reaktorokig a Hielscher ideális ultrahangos rendszerrel rendelkezik az Ön folyamatához. Az olyan alkalmazásokban szerzett hosszú távú tapasztalattal, mint a nanoanyag szintézis és a diszperzió, jól képzett munkatársaink az Ön igényeinek leginkább megfelelő beállítást ajánlják Önnek. Hielscher ipari ultrahangos processzorok ismert megbízható munka lovak ipari létesítményekben. Képes szállítani nagyon nagy amplitúdó, Hielscher ultrasonicators ideális nagy teljesítményű alkalmazások, mint például a szintézise xenes és más 2D monolayer nanoanyagok, mint a boropén, foszfor vagy grafén, valamint a megbízható diszperzió ezek a nanostruktúrák.
Rendkívül erős ultrahang: Hielscher Ultrasonics’ ipari ultrahangos processzorok szállít nagyon nagy amplitúdójú. Az akár 200 μm-es amplitúdók a hét minden szélességében könnyen működtethetők. Még nagyobb amplitúdójú, személyre szabott ultrahangos összehegeszthetősége állnak rendelkezésre.
Legjobb minőség – Németországban tervezve és gyártva: Minden berendezést németországi székhelyünkön tervezünk és gyártunk. Az ügyfélnek történő szállítás előtt minden ultrahangos készüléket gondosan tesztelnek teljes terhelés alatt. Törekszünk az ügyfelek elégedettségére, és termelésünk úgy van kialakítva, hogy a legmagasabb minőségbiztosítást (pl. ISO tanúsítást) teljesítse.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: