Boron Nitride Nanotubes – Terkelupas dan Tersebar menggunakan Sonikasi
Ultrasonication berhasil diterapkan pada pengolahan dan dispersi boron nirida nanotube (BNNTs). Sonikasi intensitas tinggi memberikan detangling dan distribusi yang homogen dalam berbagai solusi dan dengan demikian merupakan teknik pemrosesan penting untuk memasukkan BNNTs ke dalam solusi dan matriks.
Ultrasonic pengolahan Boron Nirida Nanotubes
Untuk memasukkan boron nitrida nanotube (BNNTs) atau boron nitrida nanostructures (BNN) seperti nanosheets dan nanoribbons ke dalam solusi cair atau matriks polimer, teknik dispersi yang efisien dan dapat diandalkan diperlukan. Dispersi ultrasonik menyediakan energi yang diperlukan untuk pengelupasan kulit, detangle, disperse, dan fungsional nanotube boron nirida dan boron nirida nanostruktur dengan efisiensi tinggi. Parameter pemrosesan ultrasound intensitas tinggi yang dapat dikontrol secara tepat (yaitu energi, amplitudo, waktu, suhu, dan tekanan) memungkinkan untuk secara individual menyesuaikan kondisi pemrosesan 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 boron nirida nanocups
(studi dan grafis: Yu et al. 2012)
Aplikasi ultrasonik BNNT dan bnn pengolahan mencakup kisaran penuh dari dispersi homogen nanostruktur boron nirida dua dimensi (2D-BNN), hingga fungsionalisasi dan pengelupasan kimia mono-layer heksagonal boron nirida. Di bawah ini, kami mempresentasikan rincian tentang dispersi ultrasonik, pengelupasan kulit, dan fungsionalisasi BNNTs dan BNN.

Pemasangan disperser ultrasonik (2x UIP1000hdT) untuk memproses nanotube nirida boron pada skala industri
Ultrasonic Dispersi Boron Nirida Nanotubes
Ketika boron nirida nanotube (BNNTs) digunakan untuk memperkuat polimer atau untuk mensintesis bahan baru, diperlukan dispersi seragam dan andal ke dalam matriks. Disperser ultrasonik banyak digunakan untuk menyebarkan bahan nano seperti CNTs, nanopartikel logam, partikel inti-shell dan jenis partikel nano lainnya ke fase kedua.
Dispersi ultrasonik telah berhasil diterapkan untuk menguraikan dan mendistribusikan BNNTs secara seragam dalam larutan berdasi dan tidak berdasi termasuk etanol, etanol PVP, etanol TX100 serta berbagai polimer (misalnya poliuretan).
Surfaktan yang umum digunakan untuk menstabilkan dispersi BNNT ultrasonically disiapkan adalah solusi 1%wt natrium dodecyl sulfate (SDS). Misalnya, 5 mg BNNT secara ultrasonik tersebar dalam botol dengan 5 mL larutan SDS 1%wt. menggunakan disperser jenis probe ultrasonik seperti UP200St (26kHz, 200W).
Konbar Berdek BNNTs menggunakan USG
Karena interaksi van der Waals yang kuat dan permukaan hidrofobik, nanotube boron nitrida tidak dapat tersebar dalam solusi berbasis air. Untuk mengatasi masalah tersebut, Jeon dkk (2019) menggunakan Pluronic P85 dan F127, yang memiliki kelompok hidrofilik dan kelompok hidrofobik untuk memfungsikan BNNT di bawah sonikasi.

SEM gambar BNNTs yang kekurangan setelah berbagai durasi sonikasi. Seperti yang ditunjukkan, panjang BNNTs ini menurun dengan peningkatan durasi sonikasi kumulatif.
(studi dan gambar: Lee et al. 2012)
Pengelupasan Bebas Surfaktan boron nitrida Nanosheets menggunakan Sonikasi
Lin et al. (2011) menghadirkan metode pengelupasan kulit dan dispersi nirida boron heksagonal (h-BN) yang bersih. Niride boron heksagonal secara tradisional dianggap tidak larut dalam air. Namun, mereka dapat menunjukkan bahwa air efektif untuk pengelupasan struktur h-BN berlapis menggunakan ultrasonikasi, membentuk dispersi berdasi "bersih" dari nanosheet h-BN tanpa menggunakan surfaktan atau fungsionalisasi organik. Proses pengelupasan ultrasonik ini menghasilkan nanosheet h-BN berlapis-lapis serta nanosheet monolayered dan spesies nanoribbon. Sebagian besar nanosheets berkurang ukuran lateral, yang dikaitkan dengan pemotongan lembaran h-BN induk yang diinduksi oleh hidrolisis dibantu sonikasi (dikuatkan oleh tes amonia dan hasil spektroskopi). Hidrolisis yang diinduksi ultrasonik juga mempromosikan pengelupasan nanosheet h-BN dalam bantuan untuk efek polaritas pelarut. Nanosheet h-BN dalam dispersi berdasi "bersih" ini menunjukkan kemampuan proses yang baik melalui metode solusi mempertahankan karakteristik fisik mereka. Nanosheet h-BN yang tersebar dalam air juga menunjukkan afinitas yang kuat terhadap protein seperti ferritin, menunjukkan bahwa permukaan nanosheet tersedia untuk konjugasi bio lebih lanjut.
Pengurangan Ukuran Ultrasonik dan Pemotongan Boron Nirida Nanotubes
Panjang nanotube boron niride memainkan peran penting ketika datang ke pengolahan selanjutnya dari BNNTs menjadi polimer dan bahan fungsional lainnya. Oleh karena itu merupakan fakta penting bahwa sonikasi BNNTs dalam pelarut tidak hanya dapat memisahkan BNNTs secara individu, tetapi juga memperpendek BAMBU terstruktur BNNTs dalam kondisi terkendali. BNNTs yang dipersingkat memiliki peluang bundling yang jauh lebih rendah selama persiapan komposit. Lee pada al. (2012) menunjukkan bahwa panjang BNNTs yang difungsionalkan dapat dipersingkat secara efisien dari > 10μm menjadi ∼500nm oleh ultrasonikasi. Eksperimen mereka menunjukkan bahwa dispersi ultrasonik efektif BNNT dalam larutan diperlukan untuk pemotongan pengurangan dan pemotongan ukuran BNNT tersebut.

(c) MPEG- DSPE/BNNTs yang teredarkan 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 penyebaran boron niride nanotubes (BNNTs)
Ultrasonicators Berkinerja Tinggi untuk Pemrosesan BNNT
Fitur pintar ultrasonikator Hielscher dirancang untuk menjamin operasi yang andal, hasil yang dapat direproduksi dan keramahan pengguna. Pengaturan operasional dapat dengan mudah diakses dan dihubungi melalui menu intuitif, yang dapat diakses melalui tampilan 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 sonication sebelumnya berjalan dan untuk mengoptimalkan proses pengelupasan dan dispersi nanotube nitrida boron dan nanomaterial dengan efisiensi tertinggi.
Sistem Hielscher Ultrasonics digunakan di seluruh dunia untuk pembuatan BNNTs berkualitas tinggi. Ultrasonicators industri Hielscher dapat dengan mudah menjalankan amplitudo tinggi dalam operasi berkelanjutan (24/7/365). Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dihasilkan dengan sonotrodes standar (probe ultrasonik / tanduk). Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Karena ketahanan dan pemeliharaannya 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 dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia.
Hielscher prosesor ultrasonik untuk dispersi dan pengelupasan nanotube boron nirida serta CNTs dan graphene sudah dipasang di seluruh dunia pada skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses manufaktur BNNT Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi lebih banyak informasi 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
Boron Nitride Nanotubes dan Nanomaterials
Boron nirida nanotube 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 unggul, konduktivitas termal yang tinggi, perilaku isolasi listrik, properti piezoelektrik, kemampuan perisai neutron, dan ketahanan oksidasi. Kesenjangan band 5 eV juga dapat disetel menggunakan medan listrik melintang, yang membuat BNNTs menarik untuk perangkat elektronik. Selain itu, BNNTs memiliki ketahanan oksidasi tinggi hingga 800 ° C, menunjukkan piezoelektrik yang sangat baik, dan bisa menjadi bahan penyimpanan hidrogen suhu kamar yang baik.
BNNTs vs Graphene: BNNTs adalah analog struktural graphene. Perbedaan utama antara nanomaterial berbasis nirida boron dan rekan-rekan berbasis karbon mereka adalah sifat ikatan antara atom. Obligasi C-C dalam nanomaterial karbon memiliki karakter valen murni, sementara obligasi B-N menghadirkan karakter ionik sebagian karena pasangan e−dalam SP2 hybridized B-N. (cf. Emanet et al. 2019)
BNNTs vs. Carbon Nanotubes: Boron nitride nanotubes (BNNTs) menunjukkan nanostruktur tubular serupa dengan nanotube karbon (CNTs) di mana atom boron dan nitrogen diatur dalam jaringan heksagonal.
Xenes: Xenes adalah nanomaterials 2D, monoelemental. Contoh yang menonjol adalah borophene, gallenene, silicene, germanene, stanene, phosphorene, arsenene, antimonene, bismuthene, tellurene, dan selenene. Xenes memiliki sifat material yang luar biasa, yang dengan demikian memiliki potensi untuk menerobos keterbatasan mengenai aplikasi praktis dari bahan 2D lainnya. Pelajari lebih lanjut tentang pengelupasan ultrasonik xenes!

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.