Sintesis Ultrasonik Borophene pada Skala Industri

Borophene, turunan berstruktur nano dua dimensi boron, dapat disintesis secara efisien melalui pengelupasan ultrasonik yang mudah dan berbiaya rendah. Pengelupasan fase cair ultrasonik dapat digunakan untuk menghasilkan sejumlah besar nanosheet borophene berkualitas tinggi. Teknik pengelupasan ultrasonik banyak digunakan untuk menghasilkan nanomaterial 2D (misalnya, graphene) dan terkenal karena kelebihan nanosheet berkualitas tinggi, hasil tinggi, operasi cepat dan mudah, serta efisiensi secara keseluruhan.

Metode Pengelupasan Ultrasonic untuk Persiapan Borophene

Ultrasonicator tipe probe adalah metode yang lebih disukai untuk pengelupasan borophene yang efisien.Pengelupasan fase cair yang digerakkan secara ultrasonik banyak digunakan untuk menyiapkan nanosheet 2D dari berbagai prekursor massal termasuk grafit (graphene), boron (borophene) antara lain. Dibandingkan dengan teknik pengelupasan kimia, pengelupasan fase cair yang dibantu secara ultrasonik dianggap sebagai strategi yang lebih menjanjikan untuk menyiapkan struktur nano 0D dan 2D seperti titik kuantum boron (BQD) dan borophene. (cf. Wang et al., 2021)
Skema yang tersisa menunjukkan proses pengelupasan cairan suhu rendah ultrasonik dari lembaran borophene borophene beberapa lapisan 2D. (Studi dan gambar: ©Lin et al., 2021.)

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Reaktor ultrasonik untuk pengelupasan borophene skala besar. Reaktor stainless steel dilengkapi dengan ultrasonicator industri 2000 watt yang kuat (20kHz).

Reaktor sonochemical yang dilengkapi dengan 2000 watt prosesor ultrasonik industri UIP2000hdT untuk pengelupasan kulit borophene skala besar.

Studi Kasus Ultrasonic Borophene Exfoliation

Pengelupasan kulit dan delaminasi menggunakan ultrasound daya dalam proses fase cair telah dipelajari secara luas dan berhasil diterapkan pada borophene dan turunan boron lainnya seperti titik-titik kuantum boron, boron nitrida atau magnesium diborida.

α-Borophene

Dalam studi yang dilakukan oleh Göktuna dan Taşaltın (2021), α borophene disiapkan melalui pengelupasan ultrasonik yang mudah dan murah. Nanosheet borophene yang disintesis secara ultrasonik menunjukkan struktur kristal borophene yang α.
Protokol: 100 mg mikropartikel boron dironikasi dalam DMF 100 ml pada 200 W (misalnya, menggunakan UP200St dengan S26d14) untuk 4h dalam nitrogen (N2Aliran kabin dikendalikan untuk mencegah oksidasi selama proses pengelupasan fase cair ultrasonik. Larutan partikel boron terkelupas dikebiri dengan 5000 rpm dan 12.000 rpm masing-masing selama 15 menit, kemudian borophene dikumpulkan dan dikeringkan dengan hati-hati dalam ambien vakum selama 4 jam pada 50ºC. (lih. Göktuna dan Taşaltın, 2021)

Langkah-langkah proses pengelupasan borophene menggunakan teknik delaminasi ultrasonik

Ilustrasi skematik borophene dengan beberapa lapisan terkelupas oleh probe ultrasonik dibantu proses pengobatan solvothermal.
Studi dan gambar: ©Zhang et al., 2020

Few-Layer Borophene

Zhang et al. (2020) melaporkan teknik pengelupasan fase cair aseton solvothermal, yang memungkinkan produksi borophene berkualitas tinggi dengan ukuran horizontal yang besar. Dengan menggunakan efek pembengkakan aseton, prekursor bubuk boron pertama kali dibasahi dalam aseton. Kemudian, prekursor boron yang dibasahi lebih lanjut diobati dengan aseton pada 200ºC, diikuti oleh sonikasi dengan sonicator tipe probe pada 225 W selama 4 jam. Borophene dengan beberapa lapisan boron dan ukuran horizontal hingga 5,05 mm akhirnya diperoleh. Teknik pengelupasan fase cair yang dibantu aseton dapat digunakan untuk menyiapkan nanosheet boron dengan ukuran horizontal besar dan berkualitas tinggi. (cf. Zhang et al., 2020)
Ketika pola XRD dari borophene yang terkelupas secara ultrasonik dibandingkan dengan prekursor boron massal, pola XRD yang serupa dapat diamati. Sebagian besar puncak difraksi utama dapat diindeks ke boron b-rhombohedral, menunjukkan bahwa struktur kristal hampir dilestarikan sebelum dan sesudah perawatan pengelupasan kulit.

Ultrasonically exfoliated borophene

Gambar SEM dengan resolusi rendah (a) dan resolusi tinggi (b) borophene dengan beberapa lapisan yang diperoleh dengan pengelupasan solvothermal yang dibantu secara ultrasonik dalam aseton
Studi dan gambar: ©Zhang et al., 2020

Proses pengelupasan ultrasonik borophene mempertahankan struktur kristalnya.

Pola XRD (a) dan raman spektrum (b) boron massal yang tidak diobati dan borophene dengan beberapa lapisan yang diperoleh oleh probe ultrasonic dibantu solvothermal exfoliation.
Studi dan gambar: ©Zhang et al., 2020

Sintesis Sonochemical dari Boron Quantum Dots

Hao et al. (2020) berhasil menyiapkan skala besar dan seragam semikonduktor kristal boron quantum dots (BQDs) dari bubuk boron diperluas di asetonittrile, pelarut organik yang sangat polar, menggunakan ultrasonikator tipe probe yang kuat (misalnya, UP400St, UIP500hdT atau UIP1000hdT). Titik-titik kuantum boron disintesis dengan ketebalan 2,46 ±0,4 nm dalam ukuran lateral dan ketebalan 2,81 ±0,5 nm.
Protokol: Dalam persiapan khas titik-titik kuantum boron, 30 mg bubuk boron pertama kali ditambahkan ke dalam termos berleher tiga dan kemudian 15 mL asetonaditrile ditambahkan ke dalam botol sebelum proses ultrasonikasi. Pengelupasan kulit dilakukan pada daya output 400 W (misalnya, menggunakan UIP500hdT), frekuensi 20kHz dan waktu ultrasonik 60 menit. Untuk menghindari overheating larutan selama ultrasonikasi, pendinginan menggunakan mandi es atau pendingin laboratorium diterapkan untuk suhu konstan. Solusi yang dihasilkan adalah sentrifugal pada 1500 rpm selama 60 menit. Supernatant yang mengandung titik-titik kuantum boron diekstraksi dengan lembut. Semua percobaan dilakukan pada suhu kamar. (cf. Hao et al., 2020)
Dalam studi Wang et al. (2021), peneliti menyiapkan titik-titik kuantum boron menggunakan teknik pengelupasan fase cair ultrasonik juga. Mereka memperoleh titik kuantum boron monodispersed dengan distribusi ukuran sempit, dispersibility yang sangat baik, stabilitas tinggi dalam larutan IPA, dan fluoresensi dua foto.

Ultrasonically disintesis titik-titik kuantum boron.

Gambar TEM dan distribusi diameter yang sesuai dari BQD yang disiapkan dalam kondisi ultrasonik yang berbeda. (a) Gambar TEM BQDs-2 disintesis pada 400 W selama 2 h. (b) gambar TEM BQDs-3 disintesis pada 550 W selama 1 h. (c) gambar TEM BQDs-3 disintesis pada 400 W selama 4 h. (d) Distribusi diameter titik-titik kuantum yang diperoleh dari (a). (e) Distribusi diameter titik-titik kuantum yang diperoleh dari (b). (f) Distribusi diameter titik-titik kuantum memperoleh dari (c).
Studi dan gambar: ©Hao et al., 2020

Pengelupasan Ultrasonik Magnesium Diboride Nanosheets

Proses pengelupasan kulit dilakukan dengan menangguhkan 450mg magnesium diborida.
(MgB)2Bubuk (sekitar 100 ukuran mesh / 149 mikron) dalam 150 ml air dan memaparkannya pada ultrasonikasi selama 30 menit. Pengelupasan ultrasonik dapat dilakukan dengan ultrasonicator tipe probe seperti UP200Ht atau UP400St dengan amplitudo 30% dan mode siklus pulsa on / off 10 detik. Pengelupasan ultrasonik menghasilkan suspensi hitam gelap. Warna hitam dapat dikaitkan dengan warna bubuk MgB2 murni.

Video tersebut menunjukkan dispersi karbon hitam yang sangat efisien. Prosesor ultrasonik yang digunakan adalah ultrasonikator Hielscher UP200St, yang ideal untuk menyiapkan batch ukuran kecil hingga sedang dari dispersi berkualitas tinggi. Untuk volume besar, Hielscher Ultrasonics memasok sistem ultrasonik industri untuk dispersing inline terus menerus.

Ultrasonicator UP200St (200W) Dispersing karbon hitam dalam air menggunakan 1% WT Tween80 sebagai surfaktan

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Pengelupasan graphene ultrasonik dalam air

Urutan berkecepatan tinggi (dari a hingga f) bingkai yang menggambarkan pengelupasan sono-mekanis serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, ultrasonicator 200W dengan sonotrode 3mm. Panah menunjukkan tempat pemisahan (pengelupasan kulit) dengan gelembung kavitasi menembus perpecahan.
© Tyurnina dkk 2020

Ultrasonicators Kuat untuk Pengelupasan Borophene pada Skala Apapun

Hielscher ultrasonicators dapat dikendalikan dari jarak jauh melalui kontrol browser. Parameter sonikasi dapat dipantau dan disesuaikan secara tepat dengan persyaratan proses.Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan ultrasonicators yang kuat dan andal pada setiap ukuran. Dari perangkat ultrasonik laboratorium kompak hingga probe ultrasonik industri dan reaktor, Hielscher memiliki sistem ultrasonik yang ideal untuk proses Anda. Dengan pengalaman lama dalam aplikasi seperti sintesis dan dispersi nanomaterial, staf kami yang terlatih dengan baik akan memberi Tahu Anda pengaturan yang paling cocok untuk kebutuhan Anda. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dikenal sebagai kuda kerja yang andal di fasilitas industri. Mampu memberikan amplitudo yang sangat tinggi, ultrasonicator Hielscher sangat ideal untuk aplikasi berkinerja tinggi seperti borophene atau pengelupasan graphene serta dispersi nanomaterial. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus berjalan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia.
Semua peralatan dirancang dan diproduksi di kantor pusat kami di Jerman. Sebelum pengiriman ke pelanggan, setiap perangkat ultrasonik diuji dengan hati-hati di bawah beban penuh. Kami berusaha untuk kepuasan pelanggan dan produksi kami disusun untuk memenuhi jaminan kualitas tertinggi (misalnya, sertifikasi ISO).

Mengapa Hielscher Ultrasonics?

  • efisiensi yang sangat tinggi
  • Teknologi mutakhir
  • handal & sangat kuat
  • setumpuk & inline
  • untuk volume apa pun
  • perangkat lunak cerdas
  • fitur cerdas (misalnya, protokol data)
  • CIP (bersih-di-tempat)

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!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang prosesor ultrasonik, aplikasi dan harga. Kami akan senang untuk mendiskusikan proses Anda dengan Anda dan menawarkan sistem ultrasonik yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Homogenizers geser tinggi ultrasonik digunakan di laboratorium, bangku-top, pilot dan pengolahan industri.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.



Literatur/referensi

Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Borophene

Borophene adalah monolayer atom kristal boron, yaitu, itu adalah alotrope dua dimensi boron (juga disebut boron nanosheet). Karakteristik fisik dan kimianya yang unik mengubah borophene menjadi bahan yang berharga untuk berbagai aplikasi industri.
Sifat fisik dan kimia Borophene yang luar biasa termasuk aspek mekanis, termal, elektronik, optik dan superkonduktor yang unik.
Hal ini membuka kemungkinan untuk menggunakan borophene untuk aplikasi dalam baterai ion logam alkali, baterai Li-S, penyimpanan hidrogen, superkapasitor, pengurangan oksigen dan evolusi, serta reaksi elektroreduction CO2. Minat yang sangat tinggi masuk ke borophene sebagai bahan anoda untuk baterai dan sebagai bahan penyimpanan hidrogen. Karena kapasitas spesifik teoritis yang tinggi, konduktivitas elektronik dan sifat transportasi ion, borophene memenuhi syarat sebagai bahan anoda besar untuk baterai. Karena kapasitas adsorbsi hidrogen yang tinggi untuk borophene, ia menawarkan potensi besar untuk penyimpanan hidrogen - dengan kapasitas stroage lebih dari 15% dari beratnya.

Borophene untuk Penyimpanan Hidrogen

Bahan berbasis boron dua dimensi (2D) menerima banyak perhatian sebagai media penyimpanan H2 karena massa atom boron yang rendah dan stabilitas dekorasi logam alkali di permukaan, yang meningkatkan interaksi dengan H2. Nanosheet borophene dua dimensi, yang dapat dengan mudah disintesis menggunakan pengelupasan fase cair ultrasonik seperti yang dijelaskan di atas, telah menunjukkan afinitas yang baik untuk atom dekorasi logam yang berbeda, di mana pengelompokan atom logam dapat terjadi. Menggunakan berbagai dekorasi logam, seperti Li, Na, Ca, dan Ti pada polimorf borophene yang berbeda, kepadatan gravimetri H2 yang mengesankan telah diperoleh mulai dari 6 hingga 15 wt%, melebihi persyaratan departemen energi AS (DOE) untuk penyimpanan onboard sebesar 6,5wt% H2. (cf. Habibi et al., 2021)


Ultrasonics kinerja tinggi! Rangkaian produk Hielscher mencakup spektrum penuh dari ultrasonicator laboratorium kompak di atas unit bench-top hingga sistem ultrasonik industri penuh.

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