Tabung Nano Boron Nitrida – Terkelupas dan Tersebar menggunakan Sonikasi
Ultrasonikasi berhasil diterapkan pada pemrosesan dan dispersi tabung nano boron nitrida (BNNT). Sonikasi intensitas tinggi memberikan dekusut dan distribusi homogen dalam berbagai larutan dan dengan demikian merupakan teknik pemrosesan penting untuk memasukkan BNNT ke dalam larutan dan matriks.
Pemrosesan Ultrasonik Nanotube Boron Nitrida
Untuk menggabungkan nanotube boron nitrida (BNNT) atau nanostruktur boron nitrida (BNN) seperti lembaran nano dan pita nano ke dalam larutan cair atau matriks polimer, diperlukan teknik dispersi yang efisien dan andal. Dispersi ultrasonik menyediakan energi yang diperlukan untuk mengelupas, menguraikan, membubarkan, dan memfungsikan nanotube boron nitrida dan struktur nano boron nitrida dengan efisiensi tinggi. Parameter pemrosesan ultrasound intensitas tinggi yang dapat dikontrol secara tepat (yaitu energi, amplitudo, waktu, suhu, dan tekanan) memungkinkan untuk menyesuaikan kondisi pemrosesan secara individual dengan tujuan proses yang ditargetkan. Ini berarti intensitas ultrasonik dapat disesuaikan sehubungan dengan formulasi spesifik (kualitas BNNT, pelarut, konsentrasi padat-cair, dll.), Sehingga mendapatkan hasil yang optimal.

Jalur ultrasonik untuk mensintesis nanocup boron nitrida
(studi dan grafik: Yu et al. 2012)
Aplikasi pemrosesan BNNT dan BNN ultrasonik mencakup berbagai macam mulai dari dispersi homogen struktur nano boron nitrida dua dimensi (2D-BNN), hingga fungsionalisasi dan pengelupasan kimiawi boron nitrida heksagonal mono-layer. Di bawah ini, kami menyajikan detail tentang dispersi ultrasonik, pengelupasan kulit, dan fungsionalisasi BNNT dan BNN.

Pemasangan disperser ultrasonik (2x UIP1000hdT) untuk memproses nanotube boron nitrida pada skala industri
Dispersi Ultrasonik Nanotube Boron Nitrida
Ketika tabung nano boron nitrida (BNNT) digunakan untuk memperkuat polimer atau untuk mensintesis bahan baru, diperlukan dispersi yang seragam dan andal ke dalam matriks. Disperser ultrasonik banyak digunakan untuk membubarkan bahan nano seperti CNT, nanopartikel logam, partikel inti-cangkang dan jenis partikel nano lainnya ke fase kedua.
Dispersi ultrasonik telah berhasil diterapkan untuk menguraikan dan mendistribusikan BNNT secara merata dalam larutan berair dan non-berair termasuk etanol, etanol PVP, etanol TX100 serta berbagai polimer (misalnya poliuretan).
Surfaktan yang umum digunakan untuk menstabilkan dispersi BNNT yang disiapkan secara ultrasonik adalah larutan natrium dodecyl sulfate (SDS) 1% wt. Misalnya, 5 mg BNNT tersebar secara ultrasonik dalam botol dengan 5 mL 1% wt. Larutan SDS menggunakan disperser tipe probe ultrasonik seperti UP200St (26kHz, 200W).
Dispersi Berair BNNT menggunakan Ultrasound
Karena interaksi van der Waals yang kuat dan permukaan hidrofobik, nanotube boron nitrida tidak terdispersi dengan baik dalam larutan berbasis air. Untuk mengatasi masalah ini, Jeon et al. (2019) menggunakan Pluronic P85 dan F127, yang memiliki gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik untuk memfungsikan BNNT di bawah sonikasi.

Gambar SEM dari BNNT yang dipersingkat setelah berbagai durasi sonikasi. Seperti yang ditunjukkan, panjang BNNT ini berkurang dengan peningkatan durasi sonikasi kumulatif.
(studi dan gambar: Lee et al. 2012)
Pengelupasan Bebas Surfaktan dari Nanosheets Boron Nitrida menggunakan Sonikasi
Lin et al. (2011) menyajikan metode pengelupasan dan dispersi boron nitrida heksagonal (h-BN) yang bersih. Boron nitrida heksagonal secara tradisional dianggap tidak larut dalam air. Namun, mereka dapat menunjukkan bahwa air efektif untuk mengelupas struktur h-BN berlapis menggunakan ultrasonik, membentuk “bersih” dispersi berair lembaran nano h-BN tanpa menggunakan surfaktan atau fungsionalisasi organik. Proses pengelupasan ultrasonik ini menghasilkan beberapa lembaran nano h-BN berlapis serta spesies lembaran nano dan nanoribbon berlapis tunggal. Sebagian besar lembaran nano memiliki ukuran lateral yang lebih kecil, yang dikaitkan dengan pemotongan lembaran h-BN induk yang diinduksi oleh hidrolisis berbantuan sonikasi (dikuatkan oleh uji amonia dan hasil spektroskopi). Hidrolisis yang diinduksi ultrasonik juga mempromosikan pengelupasan lembaran nano h-BN dalam membantu efek polaritas pelarut. Lembaran nano h-BN dalam ini “bersih” dispersi berair menunjukkan kemampuan proses yang baik melalui metode larutan yang mempertahankan karakteristik fisiknya. Lembaran nano h-BN yang tersebar dalam air juga menunjukkan afinitas yang kuat terhadap protein seperti feritin, menunjukkan bahwa permukaan lembaran nano tersedia untuk bio-konjugasi lebih lanjut.
Pengurangan Ukuran Ultrasonik dan Pemotongan Nanotube Boron Nitrida
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.

(c) mPEG- DSPE? BNNT yang dibedakan dengan baik dalam air (setelah 2 jam sonikasi). (d) Perwakilan skematik dari BNNT yang difungsikan oleh molekul mPEG-DSPE
(studi dan gambar: Lee et al. 2012)

ultrasonic homogenizer UP400St untuk dispersi tabung nano boron nitrida (BNNT)
Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Pemrosesan BNNT
Fitur cerdas ultrasonicators Hielscher dirancang untuk menjamin operasi yang andal, hasil yang dapat direproduksi, dan keramahan pengguna. Pengaturan operasional dapat dengan mudah diakses dan diputar melalui menu intuitif, yang dapat diakses melalui layar sentuh warna digital dan remote control browser. Oleh karena itu, semua kondisi pemrosesan seperti energi bersih, energi total, amplitudo, waktu, tekanan, dan suhu secara otomatis dicatat pada kartu SD bawaan. Ini memungkinkan Anda untuk merevisi dan membandingkan jalanan sonikasi sebelumnya dan untuk mengoptimalkan proses pengelupasan dan dispersi nanotube boron nitrida dan nanomaterial ke efisiensi tertinggi.
Sistem Ultrasonik Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk pembuatan BNNT berkualitas tinggi. Ultrasonicator industri Hielscher dapat dengan mudah menjalankan amplitudo tinggi dalam operasi terus menerus (24/7/365). Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dihasilkan terus menerus dengan sonotrode standar (probe ultrasonik? tanduk). Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Karena kekokohan dan perawatannya yang rendah, sistem pengelupasan dan dispersi ultrasonik kami biasanya dipasang untuk aplikasi tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Hielscher Ultrasonics’ prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk dispersi dan pengelupasan nanotube boron nitrida serta CNT dan graphene sudah dipasang di seluruh dunia dalam skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses manufaktur BNNT Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi informasi lebih lanjut tentang proses pengelupasan kulit, sistem ultrasonik, dan harga!
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:
Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
---|---|---|
1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami!? Tanya Kami!
Literatur? Referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Tabung Nano dan Bahan Nano Boron Nitrida
Tabung nano boron nitrida menawarkan struktur atom unik yang dirakit dari atom boron dan nitrogen yang disusun dalam jaringan heksagonal. Struktur ini memberi BNNT banyak sifat intrinsik yang sangat baik seperti kekuatan mekanik yang unggul, konduktivitas termal yang tinggi, perilaku isolasi listrik, sifat piezoelektrik, kemampuan pelindung neutron, dan ketahanan oksidasi. Celah pita 5 eV juga dapat disetel menggunakan medan listrik melintang, yang membuat BNNT menarik untuk perangkat elektronik. Selain itu, BNNT memiliki ketahanan oksidasi yang tinggi hingga 800 °C, menunjukkan piezoelektrik yang sangat baik, dan bisa menjadi bahan penyimpanan hidrogen suhu kamar yang baik.
BNNT vs Graphene: BNNT adalah analog struktural graphene. Perbedaan utama antara bahan nano berbasis boron nitrida dan bahan nano berbasis karbon adalah sifat ikatan antara atom. Ikatan CC dalam nanomaterial karbon memiliki karakter kovalen murni, sedangkan ikatan BN menyajikan karakter ionik sebagian karena pasangan e dalam bn hibridisasi sp2. (lih. Emanet et al. 2019)
BNNT vs. Tabung Nano Karbon: Tabung nano boron nitrida (BNNT) menunjukkan struktur nano tubular yang mirip dengan tabung nano karbon (CNT) di mana atom boron dan nitrogen tersusun dalam jaringan heksagonal.
Xenes: Xenes adalah bahan nano monoelemental 2D. Contoh yang menonjol adalah borophene, gallenene, silicene, germane, stanene, fosforen, arsenene, antimonena, bismutena, tellurene, dan selenene. Xene memiliki sifat material yang luar biasa, yang dengan demikian berpotensi untuk menembus batasan mengenai aplikasi praktis material 2D lainnya. Pelajari lebih lanjut tentang pengelupasan ultrasonik xenes!

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.