Nanotube Boron Nitrida – Dieksfoliasi dan Didispersikan menggunakan Sonikasi

Ultrasonikasi berhasil diterapkan untuk pemrosesan dan dispersi nanotube boron nitrida (BNNTs). Sonikasi berintensitas tinggi menghasilkan penguraian belitan dan distribusi yang homogen dalam berbagai larutan sehingga menjadi teknik pemrosesan yang sangat penting untuk memasukkan BNNTs ke dalam larutan dan matriks.

Pemrosesan Ultrasonik Nanotube Boron Nitrida

Untuk memasukkan nanotube boron nitrida (BNNTs) atau nanostruktur boron nitrida (BNNs), 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 mengeksfoliasi, mengurai belitan, mendispersikan, dan memfungsionalisasi nanotube boron nitrida serta nanostruktur boron nitrida dengan efisiensi tinggi. Parameter pemrosesan ultrasonik berintensitas tinggi yang dapat dikendalikan secara presisi (yaitu energi, amplitudo, waktu, suhu, dan tekanan) memungkinkan penyesuaian setiap kondisi pemrosesan sesuai sasaran proses. Artinya, intensitas ultrasonik dapat disesuaikan dengan formulasi tertentu (kualitas BNNTs, pelarut, konsentrasi padat-cair, dll.), sehingga diperoleh hasil yang optimal.

Penerapan pemrosesan ultrasonik BNNT dan BNN mencakup seluruh rentang, mulai dari dispersi homogen nanostruktur boron nitrida dua dimensi (2D-BNNs) hingga fungsionalisasinya dan eksfoliasi kimia boron nitrida heksagonal lapis tunggal. Di bawah ini, kami menyajikan rincian dispersi, eksfoliasi, dan fungsionalisasi ultrasonik BNNTs dan BNNs.

Dispersi Ultrasonik Nanotube Boron Nitrida

Ketika nanotube boron nitrida (BNNTs) digunakan untuk memperkuat polimer atau menyintesis material baru, diperlukan dispersi yang seragam dan andal ke dalam matriks. Perangkat pendispersi ultrasonik banyak digunakan untuk mendispersikan nanomaterial seperti CNTs, nanopartikel logam, partikel inti-cangkang, dan jenis nanopartikel lainnya ke dalam fase kedua.
Dispersi ultrasonik telah berhasil diterapkan untuk mengurai belitan dan mendistribusikan BNNTs secara seragam dalam larutan berair maupun nonair, termasuk etanol, etanol PVP, etanol TX100, serta berbagai polimer (misalnya poliuretan).
Surfaktan yang umum digunakan untuk menstabilkan dispersi BNNT yang dibuat secara ultrasonik adalah larutan natrium dodesil sulfat (SDS) 1%wt. Sebagai contoh, 5 mg BNNTs didispersikan secara ultrasonik dalam vial berisi 5 mL larutan SDS 1%wt. menggunakan perangkat pendispersi ultrasonik tipe probe seperti UP200St (26kHz, 200W).

Dispersi BNNTs dalam Air menggunakan Ultrasonik

Karena interaksi van der Waals yang kuat dan permukaannya yang hidrofobik, nanotube boron nitrida sulit didispersikan dalam larutan berbasis air. Untuk mengatasi masalah ini, Jeon et al. (2019) menggunakan Pluronic P85 dan F127, yang memiliki gugus hidrofilik sekaligus gugus hidrofobik, untuk memfungsionalisasi BNNT selama sonikasi.

Eksfoliasi Lembaran Nano Boron Nitrida Tanpa Surfaktan menggunakan Sonikasi

Lin et al. (2011) menyajikan metode bersih untuk eksfoliasi dan dispersi boron nitrida heksagonal (h-BN). Boron nitrida heksagonal secara tradisional dianggap tidak larut dalam air. Namun, mereka berhasil menunjukkan bahwa air efektif untuk mengeksfoliasi struktur h-BN berlapis menggunakan ultrasonikasi, sehingga terbentuk dispersi lembaran nano h-BN dalam air yang “bersih” tanpa penggunaan surfaktan atau fungsionalisasi organik. Proses eksfoliasi ultrasonik ini menghasilkan lembaran nano h-BN dengan beberapa lapisan serta spesies lembaran nano dan pita nano lapis tunggal. Sebagian besar lembaran nano memiliki ukuran lateral yang mengecil, yang dikaitkan dengan pemotongan lembaran h-BN induk akibat hidrolisis berbantuan sonikasi (diperkuat oleh uji amonia dan hasil spektroskopi). Hidrolisis yang diinduksi secara ultrasonik juga mendorong eksfoliasi lembaran nano h-BN dengan membantu efek polaritas pelarut. Lembaran nano h-BN dalam dispersi berair yang “bersih” ini menunjukkan kemampuan pemrosesan yang baik melalui metode larutan dengan tetap mempertahankan karakteristik fisiknya. Lembaran nano h-BN yang terdispersi dalam air juga menunjukkan afinitas kuat terhadap protein seperti feritin, yang mengindikasikan bahwa permukaan lembaran nano tersebut tersedia untuk biokonjugasi lebih lanjut.

Metode dispersi sonomekanis yang menggunakan kavitasi ultrasonik dan gaya geser merupakan pendekatan pencampuran yang sepenuhnya bersifat fisik, yang telah terbukti mampu mengurai berkas BNNTs dan menstabilkan BNNTs individual sambil mempertahankan keutuhan dan sifat intrinsiknya. Dengan menerapkan energi ultrasonik yang sesuai (Ws/mL), yaitu amplitudo dan durasi sonikasi yang disesuaikan, dispersi ultrasonik dapat mengurai belitan dan mendispersikan BNNTS secara seragam. Amplitudo yang lebih tinggi dan sonikasi yang lebih lama dapat diterapkan jika panjang nanotube boron nitrida perlu dikurangi. Baca lebih lanjut tentang pengurangan ukuran dan pemotongan panjang BNNTs secara ultrasonik pada bagian berikutnya.

Pengurangan Ukuran dan Pemotongan Nanotube Boron Nitrida secara Ultrasonik

Panjang nanotube boron nitrida berperan sangat penting dalam pemrosesan BNNTs selanjutnya ke dalam polimer dan material terfungsionalisasi lainnya. Oleh karena itu, fakta pentingnya adalah bahwa sonikasi BNNTs dalam pelarut tidak hanya dapat memisahkan BNNTs secara individual, tetapi juga memperpendek BNNTs berstruktur bambu dalam kondisi terkendali. BNNTs yang diperpendek memiliki kemungkinan jauh lebih kecil untuk membentuk berkas selama pembuatan komposit. Lee at al. (2012) menunjukkan bahwa panjang BNNTs terfungsionalisasi dapat diperpendek secara efisien dari >10µm menjadi ∼500nm melalui ultrasonikasi. Eksperimen mereka mengindikasikan bahwa dispersi ultrasonik BNNT yang efektif dalam larutan diperlukan untuk pengurangan ukuran dan pemotongan BNNT tersebut.

Sonikator Berkinerja Tinggi untuk Pemrosesan BNNT

Fitur cerdas sonikator Hielscher dirancang untuk menjamin pengoperasian yang andal, hasil yang dapat direproduksi, dan kemudahan penggunaan. Pengaturan pengoperasian dapat dengan mudah diakses dan disetel melalui menu intuitif yang dapat diakses melalui layar sentuh digital berwarna dan kendali jarak jauh melalui browser. Dengan demikian, semua kondisi pemrosesan seperti energi neto, energi total, amplitudo, waktu, tekanan, dan suhu direkam secara otomatis pada kartu SD bawaan. Hal ini memungkinkan Anda meninjau dan membandingkan proses sonikasi sebelumnya serta mengoptimalkan proses eksfoliasi dan dispersi nanotube boron nitrida dan nanomaterial untuk mencapai efisiensi tertinggi.
Sistem Hielscher Ultrasonics digunakan di seluruh dunia untuk pembuatan BNNTs berkualitas tinggi. Sonikator industri Hielscher dapat dengan mudah bekerja pada amplitudo tinggi dalam pengoperasian berkelanjutan (24/7/365). Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dihasilkan secara terus-menerus menggunakan sonotrode standar (probe / horn ultrasonik). Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang disesuaikan dengan kebutuhan. Berkat ketangguhan dan kebutuhan perawatannya yang rendah, sistem eksfoliasi dan dispersi ultrasonik kami lazim dipasang untuk aplikasi tugas berat dan di lingkungan dengan tuntutan tinggi.
Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara terus-menerus dalam pengoperasian 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang disesuaikan dengan kebutuhan.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk dispersi dan eksfoliasi nanotube boron nitrida serta CNTs dan grafena telah dipasang di seluruh dunia pada skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses pembuatan BNNT Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati memberikan informasi lebih lanjut tentang proses eksfoliasi, sistem ultrasonik, dan harga!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: