Pengelupasan Ultrasonik Xenes

Xenes adalah nanomaterial monoelemental 2D dengan sifat luar biasa seperti luas permukaan yang sangat tinggi, sifat fisik/kimia anisotropik termasuk konduktivitas listrik yang unggul atau kekuatan tarik. Pengelupasan atau delaminasi ultrasonik adalah teknik yang efisien dan andal untuk menghasilkan lembaran nano 2D satu lapis dari bahan prekursor berlapis. Pengelupasan ultrasonik sudah ditetapkan untuk produksi lembaran nano xen berkualitas tinggi pada skala industri.

xenes – Struktur Nano Lapisan Mono

Xene adalah monolayer (2D), nanomaterial monoelemen, yang menampilkan struktur seperti graphene, ikatan kovalen intra-lapisan, dan gaya van der Waals yang lemah antar lapisan. Contoh bahan, yang merupakan bagian dari kelas xen adalah borophene, silicene, germaneane, stanene, fosforen (fosfor hitam), arsenene, bismutena, dan tellurene dan antimonena. Karena struktur 2D lapisan tunggalnya, nanomaterial xenes dicirikan oleh permukaan yang sangat besar serta reaktivitas kimia dan fisik yang lebih baik. Karakteristik struktural ini memberikan nanomaterial xenes sifat fotonik, katalitik, magnetik, dan elektronik yang mengesankan dan membuat struktur nano ini sangat menarik untuk berbagai aplikasi industri. Gambar kiri menunjukkan gambar SEM dari borophene yang terkelupas secara ultrasonik.

Produksi Nanomaterial Xenes menggunakan Delaminasi Ultrasonik

Pengelupasan Cairan Bahan Nano Berlapis: Lembaran nano 2D satu lapis diproduksi dari bahan anorganik dengan struktur berlapis (misalnya, grafit) yang terdiri dari lapisan inang yang ditumpuk longgar yang menampilkan ekspansi atau pembengkakan galeri lapis-ke-lapis pada interkalasi ion dan/atau pelarut tertentu. Pengelupasan kulit, di mana fase berlapis dibelah menjadi lembaran nano, biasanya menyertai pembengkakan karena daya tarik elektrostatik yang melemah dengan cepat antara lapisan yang menghasilkan dispersi koloid dari lapisan atau lembaran 2D individu. (lih. Geng et al, 2013) Secara umum diketahui bahwa pembengkakan memfasilitasi pengelupasan kulit melalui ultrasonikasi dan menghasilkan lembaran nano bermuatan negatif. Pretreatment kimia juga memfasilitasi pengelupasan kulit melalui sonikasi dalam pelarut. Misalnya, fungsionalisasi memungkinkan pengelupasan hidroksida ganda berlapis (LDH) dalam alkohol. (lih. Nicolosi et al., 2013)
Untuk pengelupasan / delaminasi ultrasonik, bahan berlapis terkena gelombang ultrasonik yang kuat dalam pelarut. Ketika gelombang ultrasound padat energi digabungkan menjadi cairan atau bubur, akustik alias kavitasi ultrasonik terjadi. Kavitasi ultrasonik ditandai dengan runtuhnya gelembung vakum. Gelombang ultrasound bergerak melalui cairan dan menghasilkan siklus tekanan rendah / tekanan tinggi bergantian. Gelembung vakum menit muncul selama siklus tekanan rendah (rarefaction) dan tumbuh di berbagai siklus tekanan rendah / tekanan tinggi. Ketika gelembung kavitasi mencapai titik di mana ia tidak dapat menyerap energi lebih lanjut, gelembung meledak dengan keras dan menciptakan kondisi yang sangat padat energi secara lokal. Titik panas kavitasi ditentukan oleh tekanan dan suhu yang sangat tinggi, tekanan dan perbedaan suhu masing-masing, jet cairan berkecepatan tinggi, dan gaya geser. Kekuatan sonomekanik dan sonokimia ini mendorong pelarut di antara lapisan yang ditumpuk dan memecah struktur partikulat dan kristal berlapis sehingga menghasilkan lembaran nano yang terkelupas. Urutan gambar di bawah ini menunjukkan proses pengelupasan dengan kavitasi ultrasonik.

Urutan bingkai berkecepatan tinggi (dari a hingga f) yang menggambarkan pengelupasan sono-mekanis serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, ultrasonicator 200W dengan sonotrode 3 mm. Panah menunjukkan tempat pemisahan (pengelupasan kulit) dengan gelembung kavitasi menembus belah.
© Tyurnina dkk. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Pemodelan telah menunjukkan bahwa jika energi permukaan pelarut mirip dengan bahan berlapis, perbedaan energi antara keadaan terkelupas dan reaggregated akan sangat kecil, menghilangkan kekuatan pendorong untuk agregasi ulang. Jika dibandingkan dengan metode pengadukan dan geser alternatif, agitator ultrasonik menyediakan sumber energi yang lebih efektif untuk pengelupasan kulit, yang mengarah pada demonstrasi pengelupasan TaS yang dibantu interkalasi ion₂Nbs₂, dan MoS₂, serta oksida berlapis. (lih. Nicolosi et al., 2013)

Gambar TEM dari lembaran nano yang terkelupas cairan ultrasonik: (A) Lembaran nano graphene terkelupas dengan cara sonikasi dalam pelarut N-metil-pirrolidone. (B) Lembar nano h-BN terkelupas dengan cara sonikasi dalam isopropanol pelarut. (C) Lembaran nano MoS2 terkelupas dengan cara sonikasi dalam larutan surfaktan berair.
(Studi dan gambar: ©Nicolosi et al., 2013)

Protokol Pengelupasan Cairan Ultrasonik

Pengelupasan ultrasonik dan delaminasi xen dan nanomaterial monolayer lainnya telah dipelajari secara ekstensif dalam penelitian dan berhasil ditransfer ke tahap produksi industri. Di bawah ini kami menyajikan protokol pengelupasan kulit yang dipilih menggunakan sonikasi.

Pengelupasan Ultrasonik Nanoflakes Fosforen

Fosforen (juga dikenal sebagai fosfor hitam, BP) adalah bahan monoelemental berlapis 2D yang terbentuk dari atom fosfor.
Dalam penelitian Passaglia et al. (2018), persiapan suspensi stabil fosforen − metil metakrilat dengan pengelupasan fase cair berbantuan sonikasi (LPE) bP dengan adanya MMA diikuti dengan polimerisasi radikal ditunjukkan. Metil metakrilat (MMA) adalah monomer cair.

Protokol untuk Pengelupasan Cair Ultrasonik Fosfor

Suspensi MMA_bPn, NVP_bPn, dan Sty_bPn diperoleh oleh LPE dengan adanya monomer tunggal. Dalam prosedur biasa, ∼5 mg bP, dihancurkan dengan hati-hati dalam mortar, dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan kemudian jumlah MMA, Sty, atau NVP yang ditambahkan. Suspensi monomer bP disonikasi selama 90 menit dengan menggunakan homogenizer Hielscher Ultrasonics UP200St (200W, 26kHz), dilengkapi dengan sonotrode S26d2 (diameter ujung: 2 mm). Amplitudo ultrasonik dipertahankan konstan pada 50% dengan P = 7 W. Dalam semua kasus, penangas es digunakan untuk meningkatkan pembuangan panas. Suspensi MMA_bPn, NVP_bPn, dan Sty_bPn terakhir kemudian diinsulap dengan N2 selama 15 menit. Semua suspensi dianalisis oleh DLS, menunjukkan nilai rH yang sangat dekat dengan nilai DMSO_bPn. Misalnya, suspensi MMA_bPn (memiliki sekitar 1% kandungan bP) ditandai dengan rH = 512 ± 58 nm.
Sementara studi ilmiah lain tentang fosforen melaporkan waktu sonikasi beberapa jam menggunakan pembersih ultrasonik, pelarut titik didih tinggi, dan efisiensi rendah, tim peneliti Passaglia menunjukkan protokol pengelupasan ultrasonik yang sangat efisien menggunakan ultrasonicator tipe probe (yaitu Hielscher ultrasonicator model UP200St).

Pengelupasan Ultrasonik Nanosheet Monolayer

Untuk membaca detail lebih spesifik dan protokol pengelupasan kulit untuk nanosheet borophene dan ruthenium oxide, silakan ikuti tautan di bawah ini:
Borophene: Untuk protokol sonikasi dan hasil pengelupasan borophene ultrasonik, silakan klik di sini!
RuO2: Untuk protokol sonikasi dan hasil pengelupasan nanosheet ruthenium oksida ultrasonik, silakan klik di sini!

Pengelupasan Ultrasonik Nanosheet Silika Beberapa Lapisan

Lembaran nano silika yang terkelupas beberapa lapis dibuat dari vermikulit alami (Verm) melalui pengelupasan ultrasonik. Untuk sintesis lembaran nano silika yang terkelupas, metode pengelupasan fase cair berikut diterapkan: 40 mg lembaran nano silika tersebar dalam etanol absolut 40 mL. Selanjutnya, campuran diultrasonik selama 2 jam menggunakan prosesor ultrasonik Hielscher UP200St, dilengkapi dengan sonotrode 7 mm. Amplitudo gelombang ultrasound dijaga konstan pada 70%. Mandi es diterapkan untuk menghindari panas berlebih. SN yang tidak terkelupas dihilangkan dengan sentrifugasi pada 1000 rpm selama 10 menit. Akhirnya, produk duang dan dikeringkan pada suhu kamar di bawah vakum semalaman. (lih. Guo et al., 2022)

Probe dan Reaktor Ultrasound Berdaya Tinggi untuk Pengelupasan Nanosheet Xenes

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan ultrasonicator yang kuat dan andal pada berbagai ukuran. Dari perangkat ultrasonik laboratorium kompak hingga probe dan reaktor ultrasonik industri, Hielscher memiliki sistem ultrasonik yang ideal untuk proses Anda. Dengan pengalaman lama dalam aplikasi seperti sintesis dan dispersi nanomaterial, staf kami yang terlatih akan merekomendasikan pengaturan yang paling sesuai untuk kebutuhan Anda. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dikenal sebagai kuda kerja yang andal di fasilitas industri. Mampu memberikan amplitudo yang sangat tinggi, ultrasonicators Hielscher sangat ideal untuk aplikasi berkinerja tinggi seperti sintesis xenes dan nanomaterial monolayer 2D lainnya seperti borophene, phosphorene atau graphene serta dispersi yang andal dari struktur nano ini.
USG yang luar biasa kuat: 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.
Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Dibuat di Jerman: Semua peralatan dirancang dan diproduksi di kantor pusat kami di Jerman. Sebelum pengiriman ke pelanggan, setiap perangkat ultrasonik diuji dengan cermat di bawah beban penuh. Kami berusaha untuk kepuasan pelanggan dan produksi kami disusun untuk memenuhi jaminan kualitas tertinggi (misalnya, sertifikasi ISO).

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: