Քսենների ուլտրաձայնային շերտազատում

Քսենները 2D մոնոտարրային նանոնյութեր են արտասովոր հատկություններով, ինչպիսիք են շատ բարձր մակերեսը, անիզոտրոպ ֆիզիկական/քիմիական հատկությունները, ներառյալ բարձր էլեկտրական հաղորդունակությունը կամ առաձգական ուժը: Ուլտրաձայնային շերտազատումը կամ շերտազատումը արդյունավետ և հուսալի տեխնիկա է շերտավոր պրեկուրսորային նյութերից միաշերտ 2D նանոթերթներ արտադրելու համար: Ուլտրաձայնային շերտավորումն արդեն հաստատված է արդյունաբերական մասշտաբով բարձրորակ քսենե նանոթերթերի արտադրության համար:

Քսենես – Միաշերտ նանոկառուցվածքներ

Քսենները միաշերտ (2D), միատարր նանոնյութեր են, որոնք առանձնանում են գրաֆենի նման կառուցվածքով, ներշերտային կովալենտային կապով և շերտերի միջև թույլ վան դեր Վալսյան ուժերով։ Քսենների դասի մաս կազմող նյութերի օրինակներ են բորոֆենը, սիլիցինը, գերմանենը, ստանինը, ֆոսֆորինը (սև ֆոսֆոր), արսենը, բիսմութենը և տելուրենը և հակամոնենը: Իրենց միաշերտ 2D կառուցվածքի շնորհիվ քսենի նանոնյութերը բնութագրվում են շատ մեծ մակերեսով, ինչպես նաև բարելավված քիմիական և ֆիզիկական ռեակտիվությամբ: Այս կառուցվածքային բնութագրերը քսենի նանոնյութերին տալիս են տպավորիչ ֆոտոնիկ, կատալիտիկ, մագնիսական և էլեկտրոնային հատկություններ և այս նանոկառուցվածքները դարձնում են շատ հետաքրքիր բազմաթիվ արդյունաբերական կիրառությունների համար: Ձախ նկարը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային եղանակով շերտավորված բորոֆենի SEM պատկերները:

Քսենի նանոնյութերի արտադրություն՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային շերտազատում

Շերտավոր նանոնյութերի հեղուկ շերտավորում. Միաշերտ 2D նանոթերթերը արտադրվում են անօրգանական նյութերից՝ շերտավոր կառուցվածքներով (օրինակ՝ գրաֆիտ), որոնք բաղկացած են անփույթ շարված հյուրընկալող շերտերից, որոնք ցուցադրում են շերտ-շերտ պատկերասրահի ընդլայնումը կամ ուռչումը որոշակի իոնների և/կամ լուծիչների միախառնման արդյունքում: Շերտերի շերտավորումը, որի ժամանակ շերտավոր փուլը տրոհվում է նանոթերթերի, սովորաբար ուղեկցում է այտուցը շերտերի միջև արագ թուլացած էլեկտրաստատիկ ձգումների պատճառով, որոնք առաջացնում են առանձին 2D շերտերի կամ թերթերի կոլոիդային դիսպերսիաներ: (տես Geng et al, 2013) Ընդհանրապես հայտնի է, որ այտուցը հեշտացնում է շերտազատումը ուլտրաձայնային եղանակով և հանգեցնում է բացասական լիցքավորված նանոթերթերի: Քիմիական նախնական մշակումը նաև հեշտացնում է շերտազատումը լուծիչների մեջ ձայնային ախտահանման միջոցով: Օրինակ՝ ֆունկցիոնալացումը թույլ է տալիս սպիրտներում շերտավոր կրկնակի հիդրօքսիդների (LDHs) շերտազատումը։ (տես Nicolosi et al., 2013)
Ուլտրաձայնային շերտազատման / շերտազատման համար շերտավոր նյութը ենթարկվում է լուծիչի հզոր ուլտրաձայնային ալիքների: Երբ էներգիայի խիտ ուլտրաձայնային ալիքները միացվում են հեղուկի կամ ցեխի մեջ, տեղի է ունենում ակուստիկ ուլտրաձայնային կավիտացիա: Ուլտրաձայնային կավիտացիան բնութագրվում է վակուումային փուչիկների փլուզմամբ: Ուլտրաձայնային ալիքները անցնում են հեղուկի միջով և առաջացնում փոփոխվող ցածր ճնշման / բարձր ճնշման ցիկլեր: Վակուումային փոքր փուչիկները առաջանում են ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլի ընթացքում և աճում են տարբեր ցածր ճնշման / բարձր ճնշման ցիկլերի ընթացքում: Երբ կավիտացիոն պղպջակը հասնում է այն կետին, որտեղ այն չի կարող կլանել հետագա էներգիան, պղպջակը ուժգին պայթում է և տեղական շատ էներգիայի խիտ պայմաններ է ստեղծում: Կավիտացիոն թեժ կետը որոշվում է շատ բարձր ճնշումներով և ջերմաստիճանով, համապատասխան ճնշումներով և ջերմաստիճանի տարբերությամբ, բարձր արագությամբ հեղուկ շիթերով և կտրող ուժերով: Այս սոնոմեխանիկական և սոնոքիմիական ուժերը մղում են լուծիչը կուտակված շերտերի և շերտավոր մասնիկների և բյուրեղային կառուցվածքների միջև՝ դրանով իսկ առաջացնելով շերտավորված նանոթերթներ: Ստորև ներկայացված պատկերների հաջորդականությունը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով շերտազատման գործընթացը:

Շրջանակների արագընթաց հաջորդականություն (a-ից f), որը ցույց է տալիս գրաֆիտի փաթիլի սոնո-մեխանիկական շերտավորումը ջրի մեջ՝ օգտագործելով UP200S, 200W ուլտրաձայնային սարք հետ 3 մմ sonotrode. Սլաքները ցույց են տալիս պառակտման (շերտման) տեղը՝ ճեղքվածքը ներթափանցող կավիտացիոն փուչիկներով:
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Մոդելավորումը ցույց է տվել, որ եթե լուծիչի մակերևութային էներգիան նման է շերտավոր նյութի էներգիային, ապա շերտավորված և ագրեգացված վիճակների էներգիայի տարբերությունը շատ փոքր կլինի՝ վերացնելով նորից կուտակման շարժիչ ուժը: Երբ համեմատվում են խառնման և կտրման այլընտրանքային մեթոդների հետ, ուլտրաձայնային խառնիչները էներգիայի ավելի արդյունավետ աղբյուր են ապահովում շերտազատման համար, ինչը հանգեցրել է TaS-ի իոնային միջակայքի օգնությամբ շերտազատման ցուցադրմանը:₂, NbS₂, և MoS₂, ինչպես նաև շերտավոր օքսիդներ։ (տես Nicolosi et al., 2013)

Ուլտրաձայնային հեղուկով շերտազատված նանոթերթերի TEM պատկերներ. (A) Գրաֆենի նանոթերթ, որը շերտավորվել է N-methyl-pyrrolidone լուծիչում sonication-ի միջոցով: (B) h-BN նանոթերթ, որը շերտազատվել է իզոպրոպանոլի լուծիչում ձայնային ախտահանման միջոցով: (C) MoS2 նանոթերթ, որը շերտազատվել է ջրային մակերևութային ակտիվ նյութի լուծույթում ձայնագրման միջոցով:
(Ուսումնասիրություն և նկարներ. ©Nicolosi et al., 2013)

Ուլտրաձայնային հեղուկ-շերտավորման արձանագրություններ

Քսենների և այլ միաշերտ նանոնյութերի ուլտրաձայնային շերտազատումը և շերտազատումը լայնորեն ուսումնասիրվել է հետազոտություններում և հաջողությամբ տեղափոխվել է արդյունաբերական արտադրության փուլ: Ստորև ներկայացնում ենք ձեզ ընտրված շերտազատման պրոտոկոլները՝ օգտագործելով sonication.

Ֆոսֆորի նանոփաթիլների ուլտրաձայնային շերտազատում

Ֆոսֆորը (նաև հայտնի է որպես սև ֆոսֆոր, BP) ֆոսֆորի ատոմներից ձևավորված 2D շերտավոր, միատարր նյութ է:
Passaglia et al. (2018), ցուցադրված է ֆոսֆոր-մեթիլմետակրիլատի կայուն կախույթների պատրաստումը bP-ի հեղուկ-փուլային շերտազատման (LPE) օգնությամբ, MMA-ի առկայությամբ, որին հաջորդում է արմատական պոլիմերացումը: Մեթիլ մետակրիլատը (MMA) հեղուկ մոնոմեր է:

Ֆոսֆորի ուլտրաձայնային հեղուկ շերտազատման արձանագրություն

MMA_bPn, NVP_bPn և Sty_bPn կասեցումները ստացվել են LPE-ով միակ մոնոմերի առկայության դեպքում: Տիպիկ ընթացակարգում ~5 մգ bP, խնամքով մանրացված հավանգի մեջ, դրվեց փորձանոթի մեջ, այնուհետև ավելացվեց MMA, Sty կամ NVP կշռված քանակություն: Մոնոմեր bP կասեցումը 90 րոպե հնչեցվել է Hielscher Ultrasonics հոմոգենիզատորի միջոցով: UP200St (200W, 26kHz), հագեցած sonotrode S26d2 (ծածկույթի տրամագիծը՝ 2 մմ): Ուլտրաձայնային ամպլիտուդը հաստատուն է եղել 50%-ում P = 7 Վտ-ով: Բոլոր դեպքերում սառցե լոգանքն օգտագործվել է ջերմության բարելավման համար: Վերջնական MMA_bPn, NVP_bPn և Sty_bPn կախոցներն այնուհետև 15 րոպե ներծծվել են N2-ով: Բոլոր կասեցումները վերլուծվել են DLS-ով, ցույց տալով rH արժեքներ, որոնք իսկապես մոտ են DMSO_bPn-ին: Օրինակ, MMA_bPn կասեցումը (ունի bP-ի մոտ 1%-ը) բնութագրվում էր rH = 512 ± 58 նմ:
Մինչ ֆոսֆորի վերաբերյալ այլ գիտական հետազոտությունները հաղորդում են մի քանի ժամ ձայնային ախտահանման ժամանակ՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային մաքրող միջոց, բարձր եռման կետով լուծիչներ և ցածր արդյունավետություն, Passaglia-ի հետազոտական թիմը ցուցադրում է բարձր արդյունավետ ուլտրաձայնային շերտազատման արձանագրություն՝ օգտագործելով զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարք (այսինքն. UP200St):

Բորոֆենի ուլտրաձայնային շերտազատում

Sonication արձանագրությունների և ուլտրաձայնային բորոֆենով շերտազատման արդյունքների համար խնդրում ենք սեղմել այստեղ:

Մի քանի շերտ սիլիցիումի նանոթերթերի ուլտրաձայնային շերտավորում

Մի քանի շերտ շերտավորված սիլիցիումի նանոթերթներ (E-SN) պատրաստվել են բնական վերմիկուլիտից (Verm) ուլտրաձայնային շերտազատման միջոցով: Շերտավորված սիլիցիումի նանոթերթերի սինթեզի համար կիրառվել է հեղուկ-փուլային շերտազատման հետևյալ մեթոդը. 40 մգ սիլիցիումի նանոթերթեր (SN) ցրվել են 40 մլ բացարձակ էթանոլի մեջ: Այնուհետև, խառնուրդը 2 ժամ ուլտրաձայնավորվեց՝ օգտագործելով Hielscher Ուլտրաձայնային պրոցեսոր UP200St, հագեցած 7 մմ sonotrode. Ուլտրաձայնային ալիքի ամպլիտուդը հաստատուն է պահվել 70% -ում: Գերտաքացումից խուսափելու համար կիրառվել է սառցե լոգանք: Չփեղկված SN-ը հեռացվել է ցենտրիֆուգմամբ 1000 rpm 10 րոպեով: Ի վերջո, արտադրանքը թափվեց և չորացվեց սենյակային ջերմաստիճանում վակուումի տակ մեկ գիշերվա ընթացքում: (տես Guo et al., 2022)

Բարձր հզորության ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ քսենի նանոթերթերի շերտազատման համար

Hielscher Ultrasonics-ը նախագծում, արտադրում և տարածում է ցանկացած չափի ամուր և հուսալի ուլտրաձայնային սարքեր: 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 տեղադրումը ձեր պահանջներին համապատասխան: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները հայտնի են որպես հուսալի աշխատանքային ձիեր արդյունաբերական օբյեկտներում: Ունենալով շատ բարձր ամպլիտուդներ մատուցելու հնարավորություն, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը իդեալական են բարձր արդյունավետության կիրառումների համար, ինչպիսիք են քսենների և այլ 2D միաշերտ նանոնյութերի սինթեզը, ինչպիսիք են բորոֆենը, ֆոսֆորինը կամ գրաֆենը, ինչպես նաև այս նանոկառուցվածքների հուսալի ցրման համար:
Արտասովոր հզոր ուլտրաձայնային հետազոտություն. Hielscher Ultrasonics- ը’ արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են շատ բարձր ամպլիտուդներ հաղորդել: 24/7 գործողության ընթացքում հեշտությամբ շարունակաբար աշխատեցվում են մինչև 200 μm ամպլիտուդներ: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար կան հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:
Ամենաբարձր որակը – Նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում. Ամբողջ սարքավորումները նախագծված և արտադրված են Գերմանիայում գտնվող մեր գլխավոր գրասենյակում: Նախքան հաճախորդին առաքումը, յուրաքանչյուր ուլտրաձայնային սարքը մանրակրկիտ փորձարկվում է ամբողջ ծանրաբեռնվածության տակ: Մենք ձգտում ենք հաճախորդների գոհունակությանը, և մեր արտադրությունը կառուցված է այնպես, որ կատարի ամենաբարձր որակի երաշխիքը (օրինակ՝ ISO սերտիֆիկացում):

Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը: