nanotubi di nitruro di boro – Esfoliato e disperso con la sonicazione

L'ultrasuonoterapia è stata applicata con successo al trattamento e alla dispersione dei nanotubi di nitruro di boro (BNNT). La sonicazione ad alta intensità fornisce un distacco e una distribuzione omogenea in varie soluzioni ed è quindi una tecnica di lavorazione cruciale per incorporare i BNNT in soluzioni e matrici.

Trattamento a ultrasuoni dei nanotubi di nitruro di boro

Per incorporare i nanotubi di nitruro di boro (BNNT) o le nanostrutture di nitruro di boro (BNN), come i nanosheet e i nanoribbon in soluzioni liquide o matrici polimeriche, è necessaria una tecnica di dispersione efficiente e affidabile. La dispersione a ultrasuoni fornisce l'energia necessaria per esfoliare, districare, disperdere e funzionalizzare i nanotubi e le nanostrutture di nitruro di boro con elevata efficienza. I parametri di lavorazione controllabili con precisione degli ultrasuoni ad alta intensità (energia, ampiezza, tempo, temperatura e pressione) consentono di regolare individualmente le condizioni di lavorazione in base all'obiettivo del processo. Ciò significa che l'intensità degli ultrasuoni può essere regolata in funzione della formulazione specifica (qualità dei BNNT, solvente, concentrazione solido-liquido ecc.), ottenendo così risultati ottimali.

Le applicazioni del trattamento ad ultrasuoni di BNNT e BNN coprono l'intera gamma, dalla dispersione omogenea di nanostrutture bidimensionali di nitruro di boro (2D-BNNs), alla loro funzionalizzazione e all'esfoliazione chimica del nitruro di boro esagonale monostrato. Di seguito presentiamo i dettagli sulla dispersione a ultrasuoni, l'esfoliazione e la funzionalizzazione di BNNT e BNNs.

Dispersione a ultrasuoni di nanotubi di nitruro di boro

Quando i nanotubi di nitruro di boro (BNNT) vengono utilizzati per rinforzare i polimeri o per sintetizzare nuovi materiali, è necessaria una dispersione uniforme e affidabile nella matrice. I dispersori a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per disperdere in una seconda fase nano materiali come CNT, nanoparticelle metalliche, particelle core-shell e altri tipi di nano particelle.
La dispersione a ultrasuoni è stata applicata con successo per districare e distribuire uniformemente i BNNT in soluzioni acquose e non acquose, tra cui etanolo, PVP etanolo, TX100 etanolo e vari polimeri (ad esempio, poliuretano).
Un tensioattivo comunemente utilizzato per stabilizzare una dispersione di BNNT preparata a ultrasuoni è una soluzione all'1% in peso di dodecil solfato di sodio (SDS). Ad esempio, 5 mg di BNNT vengono dispersi a ultrasuoni in una fiala con 5 mL di soluzione di SDS all'1% in peso. SDS utilizzando un dispersore ad ultrasuoni del tipo a sonda, come ad esempio il modello UP200St (26kHz, 200W).

Dispersione acquosa di BNNTs mediante ultrasuoni

A causa delle forti interazioni di van der Waals e della superficie idrofobica, i nanotubi di nitruro di boro sono scarsamente disperdibili in soluzioni acquose. Per risolvere questi problemi, Jeon et al. (2019) hanno utilizzato i Pluronic P85 e F127, che hanno sia gruppi idrofili che idrofobici per funzionalizzare i BNNT sotto sonicazione.

Esfoliazione senza tensioattivi di nanoschede di nitruro di boro mediante sonicazione

Lin et al. (2011) presentano un metodo pulito di esfoliazione e dispersione del nitruro di boro esagonale (h-BN). Il nitruro di boro esagonale è tradizionalmente considerato insolubile in acqua. Tuttavia, sono stati in grado di dimostrare che l'acqua è efficace per esfoliare le strutture stratificate di h-BN utilizzando gli ultrasuoni, formando “pulire” dispersioni acquose di nanofogli di h-BN senza l'uso di tensioattivi o funzionalizzazione organica. Questo processo di esfoliazione a ultrasuoni ha prodotto nanofogli di h-BN a pochi strati, nonché specie di nanofogli e nanonastri monostrato. La maggior parte dei nanofogli aveva dimensioni laterali ridotte, il che è stato attribuito al taglio dei fogli di h-BN genitore indotto dall'idrolisi assistita dalla sonicazione (corroborato dal test dell'ammoniaca e dai risultati della spettroscopia). L'idrolisi indotta dagli ultrasuoni ha anche promosso l'esfoliazione dei nanofogli di h-BN in assistenza all'effetto di polarità del solvente. I nanofogli h-BN in questi “pulire” Le dispersioni acquose hanno mostrato una buona lavorabilità attraverso metodi di soluzione che mantengono le loro caratteristiche fisiche. I nanofogli di h-BN dispersi in acqua hanno anche mostrato una forte affinità verso proteine come la ferritina, suggerendo che le superfici dei nanofogli erano disponibili per ulteriori bio-coniugazioni.

Il metodo di dispersione sono-meccanico, che utilizza la cavitazione ultrasonica e le forze di taglio, è un approccio di miscelazione puramente fisico, che si è dimostrato in grado di disaggregare i BNNT e di stabilizzare i singoli BNNT mantenendo la loro integrità e le loro proprietà intrinseche. Applicando un'adeguata energia ultrasonica (Ws/mL), ovvero un'ampiezza e una durata di sonicazione adeguate, la dispersione ultrasonica può districare e disperdere uniformemente i BNNT. Se si vuole ridurre la lunghezza dei nanotubi di nitruro di boro, si possono applicare ampiezze maggiori e sonicazioni più lunghe. Per saperne di più sulla riduzione dimensionale e sul taglio della lunghezza dei BNNT a ultrasuoni, consultare la sezione successiva.

Riduzione dimensionale e taglio a ultrasuoni di nanotubi di nitruro di boro

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.

Ultrasuonatori ad alte prestazioni per la lavorazione dei BNNT

Le caratteristiche intelligenti degli ultrasuonatori Hielscher sono progettate per garantire un funzionamento affidabile, risultati riproducibili e facilità d'uso. Le impostazioni operative sono facilmente accessibili e selezionabili tramite un menu intuitivo, accessibile tramite display digitale a colori touch-display e telecomando browser. Tutte le condizioni di lavorazione, come energia netta, energia totale, ampiezza, tempo, pressione e temperatura, vengono automaticamente registrate su una scheda SD integrata. Ciò consente di rivedere e confrontare i precedenti cicli di sonicazione e di ottimizzare il processo di esfoliazione e dispersione di nanotubi e nanomateriali di nitruro di boro con la massima efficienza.
I sistemi Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo per la produzione di BNNT di alta qualità. Gli ultrasonici industriali Hielscher possono facilmente gestire ampiezze elevate in funzionamento continuo (24/7/365). Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente generate in modo continuo con sonotrodi standard (sonde ad ultrasuoni? corna). Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Grazie alla loro robustezza e alla bassa manutenzione, i nostri sistemi di esfoliazione e dispersione a ultrasuoni sono comunemente installati per applicazioni pesanti e in ambienti difficili.
Hielscher Ultrasonics’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24 e 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati.
I processori a ultrasuoni Hielscher per la dispersione e l'esfoliazione di nanotubi di nitruro di boro, CNT e grafene sono già installati in tutto il mondo su scala commerciale. Contattateci subito per discutere del vostro processo di produzione di BNNT! Il nostro personale esperto sarà lieto di condividere ulteriori informazioni sul processo di esfoliazione, sui sistemi a ultrasuoni e sui prezzi!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori: