Բորի նիտրիդային նանոխողովակներ – Մաքրվել և ցրվել է Sonication-ի միջոցով

Ultrasonication-ը հաջողությամբ կիրառվում է բորի նիտրիդային նանոխողովակների (BNNTs) մշակման և ցրման համար: Բարձր ինտենսիվության արտանետումը ապահովում է միատարր խճճվածություն և բաշխում տարբեր լուծույթներում և դրանով իսկ հանդիսանում է մշակման կարևոր տեխնիկա՝ BNNT-ները լուծումների և մատրիցների մեջ ներառելու համար:

Բորի նիտրիդային նանոխողովակների ուլտրաձայնային մշակում

Բորի նիտրիդային նանոխողովակները (BNNTs) կամ բորի նիտրիդային նանոկառուցվածքները (BNN), ինչպիսիք են նանոթերթերը և նանոժապավենները հեղուկ լուծույթների կամ պոլիմերային մատրիցների մեջ ներառելու համար, պահանջվում է արդյունավետ և հուսալի դիսպերսիայի տեխնիկա: Ուլտրաձայնային դիսպերսիան ապահովում է անհրաժեշտ էներգիան՝ շերտազատելու, փաթաթելու, ցրելու և ֆունկցիոնալացնելու համար բորի նիտրիդային նանոխողովակները և բորի նիտրիդային նանոկառուցվածքները՝ բարձր արդյունավետությամբ: Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնի ճշգրիտ վերահսկելի մշակման պարամետրերը (այսինքն էներգիա, ամպլիտուդ, ժամանակ, ջերմաստիճան և ճնշում) թույլ են տալիս անհատապես կարգավորել մշակման պայմանները նպատակային գործընթացի նպատակին: Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը կարող է ճշգրտվել կոնկրետ ձևակերպման (BNNT-ների որակի, լուծիչի, պինդ-հեղուկի կոնցենտրացիան և այլն) նկատմամբ՝ դրանով իսկ ստանալով օպտիմալ արդյունքներ:

Ուլտրաձայնային BNNT-ի և BNN-ի մշակման կիրառությունները ներառում են ամբողջ տիրույթը՝ սկսած երկչափ բորի նիտրիդային նանոկառուցվածքների միատարր ցրումից մինչև դրանց ֆունկցիոնալացում և միաշերտ վեցանկյուն բորի նիտրիդի քիմիական շերտավորում: Ստորև ներկայացնում ենք BNNT-ների և BNN-ների ուլտրաձայնային ցրման, շերտազատման և ֆունկցիոնալացման մանրամասները:

Բորի նիտրիդային նանոխողովակների ուլտրաձայնային ցրում

Երբ բորի նիտրիդային նանոխողովակները (BNNTs) օգտագործվում են պոլիմերների ամրապնդման կամ նոր նյութերի սինթեզման համար, անհրաժեշտ է միատեսակ և հուսալի ցրում մատրիցայում: Ուլտրաձայնային ցրիչները լայնորեն օգտագործվում են նանո նյութերը, ինչպիսիք են CNT-ները, մետաղական նանոմասնիկները, միջուկային կեղևի մասնիկները և նանո մասնիկների այլ տեսակներ երկրորդ փուլ ցրելու համար:
Ուլտրաձայնային ցրումը հաջողությամբ կիրառվել է BNNT-ները ջրային և ոչ ջրային լուծույթներում, ներառյալ էթանոլը, PVP էթանոլը, TX100 էթանոլը, ինչպես նաև տարբեր պոլիմերները (օրինակ՝ պոլիուրեթան) լուծարելու և միատեսակ բաշխելու համար:
Ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված BNNT դիսպերսիան կայունացնելու համար սովորական օգտագործվող մակերևութային ակտիվ նյութը 1% wt նատրիումի դոդեցիլ սուլֆատի (SDS) լուծույթն է: Օրինակ, 5 մգ BNNT-ները ուլտրաձայնային եղանակով ցրվում են սրվակի մեջ 5 մլ 1% wt-ով: SDS լուծում՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային զոնդի տիպի ցրիչ, ինչպիսին է UP200St (26kHz, 200W).

BNNT-ների ջրային ցրում ուլտրաձայնի միջոցով

Իրենց ուժեղ վան դեր Վաալսի փոխազդեցությունների և հիդրոֆոբ մակերեսի պատճառով բորի նիտրիդային նանոխողովակները վատ են ցրվում ջրի վրա հիմնված լուծույթներում: Այս խնդիրները լուծելու համար Jeon et al. (2019) օգտագործեց Pluronic P85-ը և F127-ը, որոնք ունեն և՛ հիդրոֆիլ խմբեր, և՛ հիդրոֆոբ խմբեր՝ BNNT-ին ձայնային ազդեցությամբ ֆունկցիոնալացնելու համար:

Բորի նիտրիդային նանոթերթերի առանց մակերևութային ակտիվ նյութերի շերտավորում՝ օգտագործելով Sonication

Լին et al. (2011) ներկայացնում է վեցանկյուն բորի նիտրիդի (h-BN) շերտազատման և ցրման մաքուր մեթոդ: Վեցանկյուն բորի նիտրիդը ավանդաբար համարվում է ջրի մեջ չլուծվող: Այնուամենայնիվ, նրանք կարողացան ցույց տալ, որ ջուրը արդյունավետ է շերտավոր h-BN կառուցվածքները շերտազատելու համար՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային եղանակը՝ ձևավորելով h-BN նանոթերթերի «մաքուր» ջրային դիսպերսիաներ՝ առանց մակերեսային ակտիվ նյութերի կամ օրգանական ֆունկցիոնալացման: Այս ուլտրաձայնային շերտազատման գործընթացը արտադրեց մի քանի շերտ h-BN նանոթերթներ, ինչպես նաև միաշերտ նանոթերթ և նանոժապավեն: Նանոթերթերի մեծ մասն ուներ կրճատված կողային չափսեր, ինչը վերագրվում էր մայր h-BN թիթեղների կտրմանը, որն առաջացել էր հիդրոլիզի օգնությամբ (հաստատվում է ամոնիակի թեստի և սպեկտրոսկոպիայի արդյունքներով): Ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած հիդրոլիզը նաև նպաստեց h-BN նանոթերթերի շերտազատմանը` օգնելով լուծիչի բևեռականության ազդեցությանը: Այս «մաքուր» ջրային դիսպերսիաներում h-BN նանոթերթերը լավ մշակելիություն են ցուցաբերել լուծույթի մեթոդների միջոցով՝ պահպանելով իրենց ֆիզիկական բնութագրերը: Ջրի մեջ ցրված h-BN նանոթերթերը նույնպես ուժեղ կապ են ցուցաբերել այնպիսի սպիտակուցների նկատմամբ, ինչպիսին է ֆերիտինը, ինչը ենթադրում է, որ նանոթերթի մակերեսները հասանելի են հետագա կենսակոնյուգացիաների համար:

Ուլտրաձայնային կավիտացիայի և ճեղքման ուժի օգտագործմամբ սոնո-մեխանիկական ցրման մեթոդը զուտ ֆիզիկական միաձուլման մոտեցում է, որն ապացուցված է, որ կարող է անջատել BNNT-ները և կայունացնել առանձին BNNT-ները՝ պահպանելով դրանց ամբողջականությունն ու ներքին հատկությունները: Կիրառելով համապատասխան ուլտրաձայնային էներգիա (Ws/mL), այսինքն՝ ճշգրտված ամպլիտուդը և ձայնագրման տեւողությունը, ուլտրաձայնային ցրումը կարող է միատեսակ շեղել և ցրել BNNTS-ը: Ավելի բարձր ամպլիտուդներ և ավելի երկար ձայնային ազդեցություն կարող են կիրառվել, եթե բորի նիտրիդային նանոխողովակների երկարությունը կրճատվի: Կարդացեք ավելին ուլտրաձայնային չափերի կրճատման և BNNT-ների երկարության կտրման մասին հաջորդ բաժնում:

Բորի նիտրիդային նանոխողովակների ուլտրաձայնային չափերի կրճատում և կտրում

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.

Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր BNNT մշակման համար

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի խելացի առանձնահատկությունները նախագծված են երաշխավորելու հուսալի շահագործում, վերարտադրելի արդյունքներ և օգտագործողի համար հարմարավետություն: Գործառնական կարգավորումները կարելի է հեշտությամբ մուտք գործել և հավաքել ինտուիտիվ մենյուի միջոցով, որը կարելի է մուտք գործել թվային գունավոր սենսորային էկրանի և դիտարկիչի հեռակառավարման միջոցով: Հետևաբար, մշակման բոլոր պայմանները, ինչպիսիք են զուտ էներգիան, ընդհանուր էներգիան, ամպլիտուդը, ժամանակը, ճնշումը և ջերմաստիճանը, ավտոմատ կերպով գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա: Սա թույլ է տալիս վերանայել և համեմատել նախորդ ձայնային փորձարկումները և օպտիմալացնել բորի նիտրիդային նանոխողովակների և նանոնյութերի շերտազատման և ցրման գործընթացը առավելագույն արդյունավետությամբ:
Hielscher Ultrasonics համակարգերը օգտագործվում են ամբողջ աշխարհում բարձրորակ BNNT-ների արտադրության համար: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են հեշտությամբ գործարկել բարձր ամպլիտուդներ շարունակական շահագործման մեջ (24/7/365): Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար ստեղծվել ստանդարտ սոնոտրոդներով (ուլտրաձայնային զոնդեր/եղջյուրներ): Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Շնորհիվ իրենց ամրության և ցածր պահպանման՝ մեր ուլտրաձայնային շերտազատման և ցրման համակարգերը սովորաբար տեղադրվում են ծանր աշխատանքային ծրագրերի և պահանջկոտ միջավայրերում:
Hielscher Ultrasonics’ Արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:
Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորները բորի նիտրիդային նանոխողովակների, ինչպես նաև CNT-ների և գրաֆենի ցրման և շերտազատման համար արդեն տեղադրված են ամբողջ աշխարհում առևտրային մասշտաբով: Կապվեք մեզ հետ հիմա՝ քննարկելու ձեր BNNT արտադրական գործընթացը: Մեր փորձառու անձնակազմը ուրախ կլինի ավելի շատ տեղեկություններ հաղորդել շերտազատման գործընթացի, ուլտրաձայնային համակարգերի և գնագոյացման վերաբերյալ:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.