Ուլտրաձայնային բորոֆենի սինթեզ արդյունաբերական մասշտաբով
Բորոֆենը՝ բորի երկչափ նանոկառուցվածքային ածանցյալը, կարող է արդյունավետորեն սինթեզվել հեշտ և էժան ուլտրաձայնային շերտազատման միջոցով: Ուլտրաձայնային հեղուկ փուլային շերտավորումը կարող է օգտագործվել մեծ քանակությամբ բարձրորակ բորոֆենային նանոթերթներ արտադրելու համար: Ուլտրաձայնային շերտազատման տեխնիկան լայնորեն օգտագործվում է 2D նանոնյութեր արտադրելու համար (օրինակ՝ գրաֆեն) և հայտնի է բարձրորակ նանոթերթերի, բարձր բերքատվության, արագ և հեշտ շահագործման, ինչպես նաև ընդհանուր արդյունավետության առավելություններով:
Բորոֆենի պատրաստման ուլտրաձայնային շերտազատման մեթոդ
Ուլտրաձայնային շարժիչով հեղուկ փուլային շերտավորումը լայնորեն օգտագործվում է տարբեր զանգվածային պրեկուրսորներից 2D նանոթերթներ պատրաստելու համար, ներառյալ գրաֆիտը (գրաֆեն), բորը (բորոֆեն), ի թիվս այլոց: Քիմիական շերտազատման տեխնիկայի հետ համեմատած, ուլտրաձայնային օգնությամբ հեղուկ փուլային շերտազատումը համարվում է ավելի խոստումնալից ռազմավարություն 0D և 2D նանոկառուցվածքների պատրաստման համար, ինչպիսիք են բորի քվանտային կետերը (BQDs) և բորոֆենը: (տես Wang et al., 2021)
Ձախ սխեման ցույց է տալիս 2D մի քանի շերտ բորոֆենի թիթեղների ուլտրաձայնային ցածր ջերմաստիճանի հեղուկ շերտազատման գործընթացը: (Ուսումնասիրություն և նկար՝ ©Lin et al., 2021):
Սոնոքիմիական ռեակտոր՝ հագեցած ա 2000 վտ արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսոր UIP2000hdT լայնածավալ բորոֆենի շերտազատման համար:
Ուլտրաձայնային բորոֆենի շերտազատման դեպքերի ուսումնասիրություն
Հեղուկ փուլային գործընթացում ուժային ուլտրաձայնի միջոցով շերտազատումը և շերտազատումը լայնորեն ուսումնասիրվել և հաջողությամբ կիրառվել է բորոֆենի և բորի այլ ածանցյալների նկատմամբ, ինչպիսիք են բորի քվանտային կետերը, բորի նիտրիդը կամ մագնեզիումի դիբորիդը:
α-բորոֆեն
Göktuna-ի և Taşaltın-ի (2021) կատարած ուսումնասիրության մեջ α բորոֆենը պատրաստվել է հեշտ և էժան ուլտրաձայնային շերտազատման միջոցով: Ուլտրաձայնային եղանակով սինթեզված բորոֆենի նանոթերթերը ցուցադրում են α բորոֆենի բյուրեղային կառուցվածք:
Արձանագրություն. 100 մգ բորի միկրոմասնիկները 100 մլ DMF-ում 200 Վտ հզորությամբ (օրինակ՝ օգտագործելով UP200St S26d14-ով) 4 ժամ ազոտի մեջ (N.2) հոսքի վերահսկվող խցիկ՝ ուլտրաձայնային հեղուկ փուլային շերտազատման գործընթացում օքսիդացումը կանխելու համար: Շերտավորված բորի մասնիկների լուծույթը ցենտրիֆուգվել է համապատասխանաբար 5000 rpm և 12000 rpm 15 րոպեի ընթացքում, այնուհետև բորոֆենը խնամքով հավաքվել և չորացվել է վակուումային միջավայրում 4 ժամ 50ºC ջերմաստիճանում: (տես Göktuna and Taşaltın, 2021)
Բորոֆենի սխեմատիկ նկարազարդումը մի քանի շերտերով, որոնք շերտազարդված են զոնդի ուլտրաձայնային օգնությամբ սոլվոթերմալ բուժման գործընթացով:
Ուսումնասիրություն և նկար՝ ©Zhang et al., 2020
Մի քանի շերտ բորոֆեն
Zhang et al. (2020) զեկուցել է ացետոնի սոլվոթերմալ հեղուկ փուլային շերտազատման տեխնիկայի մասին, որը թույլ է տալիս բարձրորակ բորոֆեն արտադրել մեծ հորիզոնական չափսերով: Օգտագործելով ացետոնի այտուցված ազդեցությունը, բորի փոշու պրեկուրսորը նախ թրջվել է ացետոնի մեջ: Այնուհետև, թրջված բորի պրեկուրսորը 200ºC ջերմաստիճանում ացետոնի մեջ լուծաչափով մշակվել է, որին հաջորդել է զոնդային տիպի sonicator-ով 225 Վտ հզորությամբ 4 ժամ: Վերջապես ստացվեց բորոֆեն՝ բորի մի քանի շերտերով և մինչև 5,05 մմ հորիզոնական չափերով։ Հեղուկ ֆազային շերտազերծման տեխնիկան ացետոնային սոլվոթերմալ օգնությամբ կարող է օգտագործվել մեծ հորիզոնական չափսերով և բարձր որակով բորի նանոթերթեր պատրաստելու համար: (տես Zhang et al., 2020)
Երբ ուլտրաձայնային եղանակով շերտազատված բորոֆենի XRD նախշը համեմատվում է բորի հիմնական պրեկուրսորի հետ, կարելի է նկատել նմանատիպ XRD օրինաչափություն: Հիմնական դիֆրակցիոն գագաթների մեծ մասը կարող է ինդեքսավորվել b-rhombohedral boron-ին, ինչը ենթադրում է, որ բյուրեղային կառուցվածքը գրեթե պահպանված է շերտազատումից առաջ և հետո:
SEM պատկերներ ցածր լուծաչափով (ա) և բարձր լուծաչափով (բ) բորոֆենի մի քանի շերտերով, որոնք ստացվել են ացետոնի մեջ ուլտրաձայնային օգնությամբ սոլվոթերմալ շերտավորումից
Ուսումնասիրություն և նկար՝ ©Zhang et al., 2020
Չմշակված զանգվածային բորի և բորոֆենի XRD նախշերը (ա) և Ռամանի սպեկտրները (բ) մի քանի շերտերով, որոնք ստացվել են զոնդի ուլտրաձայնային օժանդակությամբ սոլվոթերմալ շերտազատմամբ:
Ուսումնասիրություն և նկար՝ ©Zhang et al., 2020
Բորի քվանտային կետերի սոնոքիմիական սինթեզ
Հաո և այլք։ (2020 թ.) հաջողությամբ պատրաստել է լայնածավալ և միատեսակ բյուրեղային կիսահաղորդչային բորի քվանտային կետեր (BQDs) ընդլայնված բորի փոշուց ացետոնիտրիլում, որը բարձր բևեռային օրգանական լուծիչ է, օգտագործելով հզոր զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարք (օրինակ. UP400 Փ, UIP500hdT կամ UIP1000hdT) Սինթեզված բորի քվանտային կետերը՝ 2,46 ± 0,4 նմ կողային չափերով և 2,81 ± 0,5 նմ հաստությամբ։
Արձանագրություն. Բորի քվանտային կետերի տիպիկ պատրաստման մեջ 30 մգ բորի փոշի նախ ավելացվեց երեք պարանոցով կոլբայի մեջ, իսկ հետո 15 մլ ացետոնիտրիլ ավելացվեց շշի մեջ մինչև ուլտրաձայնային գործընթացը: Շերտավորումը կատարվել է 400 Վտ ելքային հզորությամբ (օրինակ՝ օգտագործելով UIP500hdT), 20 կՀց հաճախականություն և ուլտրաձայնային ժամանակը 60 րոպե: Ուլտրաձայնային ախտահանման ժամանակ լուծույթի գերտաքացումից խուսափելու համար սառույցի բաղնիքի կամ լաբորատոր սառեցման միջոցով սառեցվել է մշտական ջերմաստիճանի համար: Ստացված լուծույթը ցենտրիֆուգվել է 1500 ռ/րոպե արագությամբ 60 րոպե: Բորային քվանտային կետերը պարունակող վերին նյութը նրբորեն արդյունահանվել է: Բոլոր փորձերն անցկացվել են սենյակային ջերմաստիճանում։ (տես Hao et al., 2020)
Վանգի և այլոց ուսումնասիրության մեջ: (2021), հետազոտողը պատրաստում է բորի քվանտային կետեր՝ օգտագործելով նաև ուլտրաձայնային հեղուկ փուլի շերտազատման տեխնիկան: Նրանք ստացան միաձույլ ցրված բորի քվանտային կետ՝ նեղ չափի բաշխմամբ, գերազանց ցրվածությամբ, IPA լուծույթում բարձր կայունությամբ և երկու ֆոտոֆլուորեսցենտով։
TEM պատկերները և BQD-ների համապատասխան տրամագծի բաշխումը, որոնք պատրաստված են տարբեր ուլտրաձայնային պայմաններում: ա) BQD-2-ի TEM պատկերը սինթեզված է 400 Վտ հզորությամբ 2 ժամ: բ) BQD-3-ի TEM պատկերը սինթեզված է 550 Վտ հզորությամբ 1 ժամվա ընթացքում: (գ) BQD-3-ի TEM պատկերը սինթեզված է 400 Վտ հզորությամբ 4 ժամ: դ) «ա»-ից ստացված քվանտային կետերի տրամագծային բաշխումը: ե) «բ»-ից ստացված քվանտային կետերի տրամագծային բաշխումը: զ) (գ)-ից ստացված քվանտային կետերի տրամագծային բաշխումը:
Ուսումնասիրություն և նկար՝ ©Hao et al., 2020
Մագնեզիումի դիբորիդ նանոթերթերի ուլտրաձայնային շերտազատում
Շերտազերծման գործընթացն իրականացվել է 450 մգ մագնեզիումի դիբորիդի կասեցման միջոցով
(MgB2) փոշի (մոտ 100 ցանց չափս / 149 մկմ) 150 մլ ջրի մեջ և 30 րոպե ուլտրաձայնային ազդեցության ենթարկելով: Ուլտրաձայնային շերտավորումը կարող է իրականացվել զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքի միջոցով, ինչպիսին է UP200Ht կամ UP400 Փ 30% ամպլիտուդով և 10 վայրկյան միացման/անջատման իմպուլսների ցիկլային ռեժիմով: Ուլտրաձայնային շերտազատման արդյունքում ստացվում է մուգ սև կախոց: Սև գույնը կարելի է վերագրել մաքուր MgB2 փոշու գույնին:
Շրջանակների արագընթաց հաջորդականություն (a-ից f), որը ցույց է տալիս գրաֆիտի փաթիլի սոնո-մեխանիկական շերտավորումը ջրի մեջ՝ օգտագործելով UP200S, 200W ուլտրաձայնային սարք հետ 3mm sonotrode. Սլաքները ցույց են տալիս ճեղքման (շերտման) տեղը՝ ճեղքվածքը ներթափանցող կավիտացիոն փուչիկներով:
© Tyurnina et al. 2020 թ
Հզոր ուլտրաձայնային սարքեր բորոֆենի շերտազատման համար ցանկացած մասշտաբով
Hielscher Ultrasonics-ը նախագծում, արտադրում և տարածում է ցանկացած չափի ամուր և հուսալի ուլտրաձայնիչներ: Կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև արդյունաբերական ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ, Hielscher-ն ունի իդեալական ուլտրաձայնային համակարգ ձեր գործընթացի համար: Ունենալով երկարաժամկետ փորձ այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են նանոմատերիալների սինթեզը և ցրումը, մեր լավ պատրաստված անձնակազմը ձեզ կառաջարկի ամենահարմար կարգավորումը ջրի պահանջներին համապատասխան: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները հայտնի են որպես հուսալի աշխատանքային ձիեր արդյունաբերական օբյեկտներում: Ունենալով շատ բարձր ամպլիտուդներ հաղորդելու, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը իդեալական են բարձր արդյունավետությամբ կիրառությունների համար, ինչպիսիք են բորոֆենի կամ գրաֆենի շերտազատումը, ինչպես նաև նանոմատերիալ դիսպերսիաները: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:
Ամբողջ սարքավորումները նախագծված և արտադրված են Գերմանիայում գտնվող մեր գլխավոր գրասենյակում: Հաճախորդին առաքումից առաջ յուրաքանչյուր ուլտրաձայնային սարք մանրակրկիտ փորձարկվում է լրիվ ծանրաբեռնվածության տակ: Մենք ձգտում ենք հաճախորդների գոհունակությանը, և մեր արտադրությունը կառուցված է այնպես, որ կատարի որակի ամենաբարձր երաշխիքը (օրինակ՝ ISO սերտիֆիկացում):
- բարձր արդյունավետություն
- գերժամանակակից տեխնոլոգիա
- հուսալիություն & ամրություն
- խմբաքանակ & ներդիր
- ցանկացած ծավալի համար
- խելացի ծրագրակազմ
- խելացի գործառույթներ (օրինակ՝ տվյալների արձանագրություն)
- CIP (մաքուր տեղում)
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով կիրառական կիրառությունների խառնուրդի, ցրման, էմուլսացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
բորոֆեն
Բորոֆենը բորի բյուրեղային ատոմային միաշերտ է, այսինքն՝ այն բորի երկչափ ալոտրոպ է (նաև կոչվում է բորի նանաշերտ): Նրա յուրահատուկ ֆիզիկական և քիմիական բնութագրերը բորոֆենը վերածում են արժեքավոր նյութի բազմաթիվ արդյունաբերական կիրառությունների համար:
Բորոֆենի բացառիկ ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները ներառում են եզակի մեխանիկական, ջերմային, էլեկտրոնային, օպտիկական և գերհաղորդիչ կողմեր:
Սա հնարավորություն է բացում օգտագործել բորոֆենը ալկալիական մետաղի իոնային մարտկոցների, Li-S մարտկոցների, ջրածնի պահեստավորման, գերկոնդենսատորի, թթվածնի նվազեցման և էվոլյուցիայի, ինչպես նաև CO2-ի էլեկտրանվազեցման ռեակցիայի համար: Հատկապես մեծ հետաքրքրություն է առաջանում բորոֆենի նկատմամբ՝ որպես մարտկոցների անոդ նյութ և որպես ջրածնի պահպանման նյութ: Բարձր տեսական հատուկ հզորությունների, էլեկտրոնային հաղորդունակության և իոնների փոխադրման հատկությունների շնորհիվ բորոֆենը որակվում է որպես մարտկոցների հիանալի անոդ նյութ: Բորոֆենի նկատմամբ ջրածնի կլանման բարձր հզորության շնորհիվ այն մեծ ներուժ է առաջարկում ջրածնի պահեստավորման համար՝ իր քաշի ավելի քան 15%-ի չափով:
Բորոֆեն ջրածնի պահպանման համար
Բորի վրա հիմնված երկչափ (2D) նյութերը մեծ ուշադրության են արժանանում որպես H2 պահեստավորման միջավայր՝ բորի ցածր ատոմային զանգվածի և մակերեսի վրա ալկալիական մետաղների զարդարման կայունության պատճառով, որոնք ուժեղացնում են փոխազդեցությունը H2-ի հետ: Երկչափ բորոֆենի նանոթերթերը, որոնք կարող են հեշտությամբ սինթեզվել՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային հեղուկ փուլային շերտավորումը, ինչպես նկարագրված է վերևում, լավ հարաբերակցություն են ցույց տվել մետաղը զարդարող տարբեր ատոմների, որոնցում կարող է տեղի ունենալ մետաղի ատոմների կլաստերավորում: Օգտագործելով մի շարք մետաղական զարդեր, ինչպիսիք են Li, Na, Ca և Ti տարբեր բորոֆենի պոլիմորֆների վրա, ստացվել են տպավորիչ H2 գրավիմետրիկ խտություններ՝ տատանվում է 6-ից 15 wt %-ի սահմաններում, ինչը գերազանցում է ԱՄՆ էներգիայի դեպարտամենտի (DOE) պահանջը ինքնաթիռում պահեստավորման համար: 6.5 wt% H2: (տես Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.