窒化ホウ素ナノチューブ – 超音波処理を使用して剥離および分散

超音波処理は、窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の加工および分散に首尾よく適用される。高強度超音波処理は、様々な溶液中で均質なもつれおよび分布を提供し、したがってBNNTを溶液およびマトリックスに組み込むための重要な処理技術である。

窒化ホウ素ナノチューブの超音波加工

窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)やナノシートやナノリボンなどの窒化ホウ素ナノ構造(BNN)を液体溶液や高分子マトリックスに組み込むためには、効率的で信頼性の高い分散技術が必要です。超音波分散液は、窒化ホウ素ナノチューブおよび窒化ホウ素ナノ構造を高効率で剥離、解絡、分散、および官能化するために必要なエネルギーを提供します。高強度超音波の精密に制御可能な処理パラメータ(エネルギー、振幅、時間、温度、圧力など)により、処理条件を目標とするプロセス目標に個別に調整することができます。これは、超音波強度を特定の製剤(BNNTの品質、溶媒、固液濃度など)に関して調整できることを意味します。

超音波BNNTおよびBNN加工の用途は、二次元窒化ホウ素ナノ構造(2D-BNN)の均質分散から、単層六方晶窒化ホウ素のそれらの機能化および化学的剥離まで、全範囲をカバーしています。 以下に、BNNTおよびBNNの超音波分散、剥離、および機能化の詳細を示します。

窒化ホウ素ナノチューブの超音波分散液

窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)を使用してポリマーを強化したり、新しい材料を合成したりする場合、マトリックスへの均一で信頼性の高い分散が必要です。超音波分散機は、CNT、金属ナノ粒子、コアシェル粒子、その他の種類のナノ粒子などのナノ材料を第2相に分散させるために広く使用されています。
超音波分散液は、エタノール、PVPエタノール、TX100エタノール、ならびに種々のポリマー(例えばポリウレタン)を含む水溶液および非水溶液中でBNNTを均一に解絡し分布させるために首尾よく適用されている。
超音波調製されたBNNT分散液を安定化するために一般的に使用される界面活性剤は、1重量tのドデシル硫酸ナトリウム(SDS)溶液である。例えば、5mgのBNNTを、5mLの1%wt.SDS溶液と共にバイアル中に超音波分散させる。 UP200St (26kHz, 200W).

超音波を用いたBNNTの水分散

窒化ホウ素ナノチューブは、その強いファンデルワールス相互作用と疎水性表面のため、水性溶液に分散しにくいという特徴があります。これらの問題を解決するために、Jeonら(2019)は、親水性基と疎水性基の両方を持つプルロニックP85およびF127を使用して、超音波処理下でBNNTを官能基化しました。

超音波処理を使用した窒化ホウ素ナノシートの界面活性剤フリー剥離

Lin et al. (2011) は、六方晶窒化ホウ素 (h-BN) の剥離と分散のクリーンな方法を提示しています。六方晶窒化ホウ素は、伝統的に水に不溶であると考えられています。しかし、彼らは、水が超音波処理を使用して層状h-BN構造を剥離し、界面活性剤や有機官能基化を使用せずにh-BNナノシートの「きれいな」水性分散体を形成するのに効果的であることを実証することができました。この超音波剥離プロセスは、単層ナノシートおよびナノリボン種と同様に、少数の層状h-BNナノシートを産生した。ほとんどのナノシートは、超音波処理支援加水分解によって誘発された親h-BNシートの切断に起因した横方向のサイズの縮小であった(アンモニア試験および分光法の結果によって裏付けられた)。超音波誘導加水分解はまた、溶媒の極性効果を補助してh−BNナノシートの剥離を促進した。これらの「クリーンな」水性分散液中のh-BNナノシートは、その物理的特性を保持した溶液法により、良好な加工性を示しました。また、水に分散したh-BNナノシートは、フェリチンなどのタンパク質に対して強い親和性を示し、ナノシート表面がさらなるバイオコンジュゲーションに利用可能であったことが示唆されました。

超音波キャビテーションおよびせん断力を用いたソノメカニカル分散法は、純粋に物理的な混合アプローチであり、BNNTをデバンドリングし、個々のBNNTを安定化させることができることが証明されているが、その完全性および固有の特性を維持する。適切な超音波エネルギー(Ws / mL)を適用すると、すなわち調整された振幅と超音波処理時間を適用すると、超音波分散はBNNTSを均一に解絡し分散させることができます。窒化ホウ素ナノチューブの長さを短くする必要がある場合は、より高い振幅およびより長い超音波処理を適用することができる。BNNTの超音波サイズ縮小と長さ切断の詳細については、次のセクションをご覧ください。

窒化ホウ素ナノチューブの超音波サイズ縮小と切断

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.

BNNT処理のための高性能超音波装置

のスマートな機能は ヒールシャー超音波装置 信頼性の高い操作、再現性のある結果、および使いやすさを保証するように設計されています。操作設定は、デジタルカラータッチディスプレイとブラウザのリモートコントロールを介してアクセスできる直感的なメニューから簡単にアクセスし、ダイヤルすることができます。したがって、正味エネルギー、総エネルギー、振幅、時間、圧力、温度などのすべての処理条件は、内蔵SDカードに自動的に記録されます。これにより、以前の超音波処理の実行を修正および比較し、窒化ホウ素ナノチューブおよびナノ材料の剥離および分散プロセスを最高の効率に最適化することができます。
ヒールシャー超音波システムは、高品質のBNNTの製造のために世界中で使用されています。 ヒールシャー工業用超音波装置は、容易に連続操作(24/7/365)で高振幅を実行することができます。最大200μmの振幅は、標準的なソノトロード(超音波プローブ/ホーン)で簡単に連続的に生成できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。その堅牢性とメンテナンスの少なさから、当社の超音波剥離および分散システムは、ヘビーデューティな用途や要求の厳しい環境に一般的に設置されています。
Hielscher Ultrasonics’ 産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供できます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。
窒化ホウ素ナノチューブだけでなく、CNTやグラフェンの分散と剥離のためのヒールシャー超音波プロセッサは、すでに商業規模で世界中で設置されています。BNNTの製造プロセスについて、今すぐお問い合わせください。私たちの経験豊富なスタッフは、剥離プロセス、超音波システム、価格設定に関する詳細情報を共有させていただきます!
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。