Բորի նիտրիդի նանոխողովակներ – շերտազատված և դիսպերգացված ուլտրաձայնային մշակմամբ
Ուլտրաձայնային մշակումը հաջողությամբ կիրառվում է բորի նիտրիդի նանոխողովակների (BNNTs) մշակման և դիսպերգացման համար։ Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային մշակումն ապահովում է տարբեր լուծույթներում խճճվածքների համասեռ քանդում և հավասարաչափ բաշխում՝ այդպիսով լինելով կարևոր մշակման տեխնոլոգիա՝ BNNTs-ը լուծույթների և մատրիցների մեջ ներառելու համար։
Բորի նիտրիդի նանոխողովակների ուլտրաձայնային մշակում
Բորի նիտրիդի նանոխողովակները (BNNTs) կամ բորի նիտրիդի նանոկառուցվածքները (BNNs), ինչպիսիք են նանոթերթերը և նանոժապավենները, հեղուկ լուծույթների կամ պոլիմերային մատրիցների մեջ ներառելու համար անհրաժեշտ է դիսպերգացման արդյունավետ և հուսալի տեխնոլոգիա։ Ուլտրաձայնային դիսպերգացումն ապահովում է անհրաժեշտ էներգիան՝ բորի նիտրիդի նանոխողովակներն ու նանոկառուցվածքները բարձր արդյունավետությամբ շերտազատելու, դրանց խճճվածքները քանդելու, դրանք դիսպերգացնելու և ֆունկցիոնալացնելու համար։ Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային մշակման ճշգրիտ կարգավորվող պարամետրերը (այսինքն՝ էներգիան, ամպլիտուդը, ժամանակը, ջերմաստիճանը և ճնշումը) թույլ են տալիս մշակման պայմաններն անհատապես հարմարեցնել գործընթացի նպատակին։ Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնի ինտենսիվությունը կարելի է կարգավորել՝ հաշվի առնելով կոնկրետ բաղադրակազմը (BNNTs-ի որակը, լուծիչը, պինդ նյութ–հեղուկ կոնցենտրացիան և այլն)՝ այդպիսով ստանալով օպտիմալ արդյունքներ։
Բորի նիտրիդի նանոբաժակների սինթեզի ուլտրաձայնային եղանակ
(հետազոտություն և գծապատկեր՝ Yu et al. 2012)
BNNTs-ի և BNNs-ի ուլտրաձայնային մշակման կիրառություններն ընդգրկում են ամբողջ տիրույթը՝ բորի նիտրիդի երկչափ նանոկառուցվածքների (2D-BNNs) համասեռ դիսպերգացումից մինչև դրանց ֆունկցիոնալացումը և միաշերտ հեքսագոնալ բորի նիտրիդի քիմիական շերտազատումը։ Ստորև մանրամասն ներկայացնում ենք BNNTs-ի և BNNs-ի ուլտրաձայնային դիսպերգացումը, շերտազատումն ու ֆունկցիոնալացումը։
Ուլտրաձայնային դիսպերգատորների տեղակայանք (2x UIP1000hdT)՝ բորի նիտրիդի նանոխողովակներն արդյունաբերական մասշտաբով մշակելու համար
Բորի նիտրիդի նանոխողովակների ուլտրաձայնային դիսպերգացում
Երբ բորի նիտրիդի նանոխողովակները (BNNTs) օգտագործվում են պոլիմերներն ամրացնելու կամ նոր նյութեր սինթեզելու համար, անհրաժեշտ է դրանց հավասարաչափ և հուսալի դիսպերգացում մատրիցի մեջ։ Ուլտրաձայնային դիսպերգատորները լայնորեն օգտագործվում են նանոնյութերը, ինչպիսիք են CNTs-ը, մետաղական նանոմասնիկները, միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով մասնիկները և այլ տեսակի նանոմասնիկները, երկրորդ ֆազում դիսպերգացնելու համար։
Ուլտրաձայնային դիսպերգացումը հաջողությամբ կիրառվել է BNNTs-ի խճճվածքները քանդելու և դրանք հավասարաչափ բաշխելու համար ջրային և ոչ ջրային լուծույթներում, այդ թվում՝ էթանոլում, PVP պարունակող էթանոլում, TX100 պարունակող էթանոլում, ինչպես նաև տարբեր պոլիմերներում (օրինակ՝ պոլիուրեթանում)։
Ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված BNNT դիսպերսիան կայունացնելու համար սովորաբար օգտագործվող մակերևութաակտիվ նյութը նատրիումի դոդեցիլսուլֆատի (SDS) 1%wt լուծույթն է։ Օրինակ՝ 5 mg BNNTs-ը ուլտրաձայնային եղանակով դիսպերգացնում են 5 mL 1%wt. SDS լուծույթ պարունակող սրվակի մեջ՝ օգտագործելով զոնդային տիպի ուլտրաձայնային դիսպերգատոր, օրինակ՝ UP200St (26kHz, 200W).
BNNTs-ի ջրային դիսպերգացում ուլտրաձայնի միջոցով
Վան դեր Վալսի ուժեղ փոխազդեցությունների և հիդրոֆոբ մակերևույթի պատճառով բորի նիտրիդի նանոխողովակները վատ են դիսպերգացվում ջրային հիմքով լուծույթներում։ Այս խնդիրները լուծելու համար Jeon et al. (2019) օգտագործել են Pluronic P85 և F127, որոնք ունեն և՛ հիդրոֆիլ, և՛ հիդրոֆոբ խմբեր՝ ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում BNNT-ը ֆունկցիոնալացնելու համար։
Կարճացված BNNTs-ի SEM պատկերները՝ տարբեր տևողությամբ ուլտրաձայնային մշակումներից հետո։ Ինչպես ցույց է տրված, այս BNNTs-ի երկարությունները նվազում են ուլտրաձայնային մշակման կուտակային տևողության մեծացմանը զուգընթաց։
(հետազոտություն և պատկեր՝ Lee et al. 2012)
Բորի նիտրիդի նանոթերթերի շերտազատում ուլտրաձայնային մշակմամբ՝ առանց մակերևութաակտիվ նյութերի
Lin et al. (2011) ներկայացնում են բորի վեցանկյուն նիտրիդի (h-BN) շերտազատման և դիսպերսման մաքուր մեթոդ։ Բորի վեցանկյուն նիտրիդն ավանդաբար համարվում է ջրում անլուծելի։ Սակայն նրանց հաջողվել է ցույց տալ, որ ջուրն արդյունավետ է ուլտրաձայնային մշակմամբ շերտավոր h-BN կառուցվածքները շերտազատելու համար՝ առաջացնելով h-BN նանոթերթերի «մաքուր» ջրային դիսպերսիաներ՝ առանց մակերևութային ակտիվ նյութերի կամ օրգանական ֆունկցիոնալացման կիրառման։ Ուլտրաձայնային շերտազատման այս գործընթացով ստացվել են սակավաշերտ h-BN նանոթերթեր, ինչպես նաև միաշերտ նանոթերթերի և նանոժապավենների տեսակներ։ Նանոթերթերի մեծ մասն ուներ փոքրացած կողային չափեր, ինչը վերագրվել է ուլտրաձայնային մշակմամբ օժանդակվող հիդրոլիզի հետևանքով սկզբնական h-BN թերթերի կտրմանը (հաստատվել է ամոնիակի թեստով և սպեկտրոսկոպիայի արդյունքներով)։ Ուլտրաձայնով հարուցված հիդրոլիզը նաև նպաստել է h-BN նանոթերթերի շերտազատմանը՝ օժանդակելով լուծիչի բևեռայնության ազդեցությանը։ Այս «մաքուր» ջրային դիսպերսիաներում h-BN նանոթերթերը ցուցաբերել են լուծույթային մեթոդներով մշակման լավ ունակություն՝ պահպանելով իրենց ֆիզիկական բնութագրերը։ Ջրում դիսպերսված h-BN նանոթերթերը նաև ցուցաբերել են ուժեղ խնամակցություն այնպիսի սպիտակուցների նկատմամբ, ինչպիսին ֆերիտինն է, ինչը ենթադրում է, որ նանոթերթերի մակերևույթները հասանելի էին հետագա կենսակոնյուգացման համար։
Բորի նիտրիդի նանոխողովակների չափերի ուլտրաձայնային փոքրացում և կտրում
Բորի նիտրիդի նանոխողովակների երկարությունը վճռորոշ դեր է խաղում, երբ խոսքը վերաբերում է BNNTs-ի հետագա մշակմանը՝ պոլիմերների և այլ ֆունկցիոնալացված նյութերի մեջ ներառելու համար։ Ուստի կարևոր փաստ է, որ լուծիչում BNNTs-ի ուլտրաձայնային մշակումը կարող էր ոչ միայն առանձին տարանջատել BNNTs-ը, այլև վերահսկվող պայմաններում կարճացնել բամբուկանման կառուցվածքով BNNTs-ը։ Կարճացված BNNTs-ի փնջավորվելու հավանականությունը կոմպոզիտի պատրաստման ընթացքում շատ ավելի ցածր է։ Lee at al. (2012) հետազոտությունը ցույց է տվել, որ ֆունկցիոնալացված BNNTs-ի երկարությունները կարելի է արդյունավետորեն կրճատել >10µm-ից մինչև ∼500nm՝ ուլտրաձայնային մշակմամբ։ Նրանց փորձերը վկայում են, որ լուծույթում BNNT-ի արդյունավետ ուլտրաձայնային դիսպերսումն անհրաժեշտ է BNNT-ի չափերի նման փոքրացման և կտրման համար։
(c) Ջրում լավ դիսպերսված mPEG- DSPE/BNNTs (2 h ուլտրաձայնային մշակումից հետո)։ (d) mPEG-DSPE մոլեկուլով ֆունկցիոնալացված BNNT-ի սխեմատիկ պատկեր
(հետազոտություն և պատկեր՝ Lee et al. 2012)
Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր UP400St բորի նիտրիդի նանոխողովակների (BNNTs) դիսպերսման համար
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր՝ BNNT-ի մշակման համար
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի խելացի գործառույթները նախատեսված են հուսալի աշխատանք, վերարտադրելի արդյունքներ և օգտագործման հարմարավետություն երաշխավորելու համար։ Աշխատանքային կարգավորումներին կարելի է հեշտությամբ հասնել և դրանք ընտրել ինտուիտիվ ընտրացանկի միջոցով, որը հասանելի է թվային գունավոր սենսորային էկրանով և զննարկչի միջոցով հեռակառավարմամբ։ Ուստի մշակման բոլոր պայմանները, ինչպիսիք են զուտ էներգիան, ընդհանուր էներգիան, ամպլիտուդը, ժամանակը, ճնշումը և ջերմաստիճանը, ինքնաբերաբար գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա։ Սա թույլ է տալիս վերանայել և համեմատել ուլտրաձայնային մշակման նախորդ ցիկլերը և օպտիմալացնել բորի նիտրիդի նանոխողովակների ու նանոնյութերի շերտազատման և դիսպերսման գործընթացը՝ առավելագույն արդյունավետության հասնելու համար։
Hielscher Ultrasonics համակարգերն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են բարձրորակ BNNTs արտադրելու համար։ Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են հեշտությամբ աշխատել բարձր ամպլիտուդներով՝ շարունակական ռեժիմում (24/7/365)։ Ստանդարտ սոնոտրոդներով (ուլտրաձայնային զոնդեր / շչակներ) կարելի է հեշտությամբ և շարունակաբար ապահովել մինչև 200µm ամպլիտուդներ։ Է՛լ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պահանջներին համապատասխան պատրաստված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Իրենց ամրության և տեխնիկական սպասարկման փոքր պահանջի շնորհիվ մեր ուլտրաձայնային շերտազատման և դիսպերսման համակարգերը հաճախ տեղադրվում են ծանր աշխատանքային ռեժիմներով կիրառությունների համար և խստապահանջ միջավայրերում։
Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Մինչև 200µm ամպլիտուդները կարելի է հեշտությամբ և անընդհատ պահպանել 24/7 աշխատանքային ռեժիմում։ Է՛լ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պահանջներին համապատասխան պատրաստված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։
Բորի նիտրիդի նանոխողովակների, ինչպես նաև CNTs և գրաֆենի դիսպերսման ու շերտազատման համար նախատեսված Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորներն արդեն տեղադրված են ամբողջ աշխարհում՝ առևտրային մասշտաբով։ Կապվե՛ք մեզ հետ հիմա՝ քննարկելու BNNT արտադրության ձեր գործընթացը։ Մեր մեծ փորձ ունեցող աշխատակիցները սիրով կտրամադրեն լրացուցիչ տեղեկություններ շերտազատման գործընթացի, ուլտրաձայնային համակարգերի և գների մասին։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին.
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերսման, էմուլգացման և էքստրակցիայի կիրառությունների համար։
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Բորի նիտրիդի նանոխողովակներ և նանոնյութեր
Բորի նիտրիդի նանոխողովակներն ունեն եզակի ատոմային կառուցվածք՝ կազմված վեցանկյուն ցանցում դասավորված բորի և ազոտի ատոմներից։ Այս կառուցվածքը BNNT կառուցվածքին հաղորդում է բազմաթիվ գերազանց բնածին հատկություններ, ինչպիսիք են բարձրակարգ մեխանիկական ամրությունը, բարձր ջերմահաղորդականությունը, էլեկտրամեկուսիչ վարքը, պիեզոէլեկտրական հատկությունը, նեյտրոններից պաշտպանելու ունակությունը և օքսիդացման նկատմամբ կայունությունը։ 5 eV արգելված գոտու լայնությունը նույնպես կարելի է կարգավորել լայնական էլեկտրական դաշտերի միջոցով, ինչը բորի նիտրիդի նանոխողովակները հետաքրքիր է դարձնում էլեկտրոնային սարքերի համար։ Բացի այդ, բորի նիտրիդի նանոխողովակներն ունեն օքսիդացման նկատմամբ բարձր կայունություն մինչև 800°C, ցուցաբերում են գերազանց պիեզոէլեկտրականություն և կարող են լավ նյութ լինել սենյակային ջերմաստիճանում ջրածնի պահպանման համար։
BNNTs և գրաֆեն. բորի նիտրիդի նանոխողովակները գրաֆենի կառուցվածքային համանմաններն են։ Բորի նիտրիդի հիմքով նանոնյութերի և ածխածնի հիմքով դրանց համարժեքների հիմնական տարբերությունն ատոմների միջև կապերի բնույթն է։ Ածխածնային նանոնյութերում C-C կապն ունի զուտ կովալենտ բնույթ, մինչդեռ B-N կապերն ունեն մասամբ իոնային բնույթ՝ sp2 հիբրիդացված B-N կառուցվածքում e− զույգերի պատճառով։ (Տե՛ս Emanet et al. 2019)
BNNTs և ածխածնային նանոխողովակներ. բորի նիտրիդի նանոխողովակները (BNNTs) ցուցաբերում են ածխածնային նանոխողովակների (CNTs) խողովակաձև նանոկառուցվածքին նման կառուցվածք, որտեղ բորի և ազոտի ատոմները դասավորված են վեցանկյուն ցանցում։
Քսեններ. քսենները 2D, միատարր քիմիական տարրից կազմված նանոնյութեր են։ Հայտնի օրինակներն են բորոֆենը, գալենենը, սիլիցենը, գերմանենը, ստանենը, ֆոսֆորենը, արսենենը, անտիմոնենը, բիսմութենը, տելուրենը և սելենենը։ Քսեններն ունեն նյութական արտասովոր հատկություններ, որոնք այդպիսով հնարավորություն են տալիս հաղթահարելու այլ 2D նյութերի գործնական կիրառությունների սահմանափակումները։ Իմացե՛ք ավելին քսենների ուլտրաձայնային շերտազատման մասին։
Hielscher Ultrasonics արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։