窒化ホウ素ナノチューブ – 超音波処理を使用して剥離し、分散
超音波処理は、窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の処理および分散に正常に適用されます。高強度超音波処理は、様々なソリューションで均質なデタングリングと分布を提供し、それによって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す。
窒化ホウ素ナノチューブの超音波処理
窒化ホウ素ナノチューブ(BNN)や窒化ホウ素ナノ構造体(BNN)を液体溶液や高分子マトリックスに組み込むには、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、高効率で窒化ホウ素ナノチューブおよび窒化ホウ素ナノ構造体を剥離、デタングル、分散、および機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(すなわちエネルギー、振幅、時間、温度、および圧力)の正確に制御可能な処理パラメータは、個別に対象のプロセス目標に処理条件を調整することができます。これは、超音波強度が特定の製剤(BNNTの品質、溶媒、固液濃度等)に関して調整することができ、それによって最適な結果を得ることができることを意味する。
窒化ホウ素ナノカップを合成する超音波経路
(研究・グラフィック:2012年ユーら)
超音波BNNTおよびBNN処理の適用は、二次元窒化ホウ素ナノ構造体(2D-BNN)の均質な分散物から、単層六角ホウ素窒化物の機能化および化学的剥離まで、全範囲をカバーする。 以下では、BNNおよびBNNの超音波分散、剥離、および機能化に関する詳細を提示する。
超音波分散機の設置(2x) UIP1000hdT) 工業規模で窒化ホウ素ナノチューブを加工する場合
窒化ホウ素ナノチューブの超音波分散
窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)を使用してポリマーを補強したり、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、CNTs、金属ナノ粒子、コアシェル粒子および他のタイプ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、ならびに様々なポリマー(例えばポリウレタン)を含む水性および非水溶液中でBNNTを均一に分散させるために正常に適用されている。
超音波で調製した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%wtのドデシル硫酸ナトリウム(SDS)溶液である。例えば、5 mg BNNS は、超音波プローブ型分散機を使用して 5 mL の 1%wt のバイアルに超音波分散されます。 UP200St(26kHz、200W)。
超音波を用いたBNNTの水性分散
強力なファンデルワールス相互作用と疎水性表面により、窒化ホウ素ナノチューブは水ベースの溶液中で分散性が低い。これらの問題を解決するために、Jeon et al. (2019) Pluronic P85およびF127を使用し、これは、ソニエーションの下でBNNTを機能化するために親水性基と疎水性基の両方を有する。
様々な超音波処理持続時間後の短いBNNTのSEM画像。示されるように、これらのBNNTの長さは、累積超音波処理持続時間の増加に伴って減少する。
(研究と絵:2012年リーら)
超音波処理を用いた窒化ホウ素ナノシートの界面活性剤を含まない剥離
Lin et al. (2011)は、六角ホウ素窒化物(h-BN)の剥離および分散のクリーンな方法を提示する。六角ホウ素窒化物は、伝統的に水に不溶性であると考えられている。しかし、超音波を用いて層状のh-BN構造を剥離するのに水が有効であることを実証し、界面活性剤や有機機能化を使用せずにh-BNナノシートの「クリーンな」水分散液を形成した。この超音波剥離プロセスは、少数層h-BNナノシートだけでなく、単層ナノシートおよびナノリボン種を生成した。ほとんどのナノシートは、超音波処理支援加水分解(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)によって誘発される親h-BNシートの切断に起因する、横サイズの縮小であった。超音波誘導加水分解はまた、溶媒の極性効果を助けるためにh-BNナノシートの剥離を促進した。これらの「きれいな」水性分散液中のh-BNナノシートは、物理的特性を保持する溶液法を介して良好な加工性を示した。水中に分散した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できることを示唆した。
窒化ホウ素ナノチューブの超音波サイズ縮小と切断
窒化ホウ素ナノチューブの長さは、その後のポリマーやその他の機能化材料へのBNNTの処理に関しては重要な役割を果たします。したがって、溶媒中のBNNTの超音波処理は、BNNを個別に分離するだけでなく、制御された条件下で竹構造BNNTを短くすることができるという重要な事実です。短縮されたBNNTは、複合調製中にバンドルする可能性がはるかに低くなります。Lee at al. (2012) は、機能化されたBNNTの長さが超音波処理により>10μmから約500nmまで効率的に短縮できることを実証した。彼らの実験は、BNNTサイズの減少および切断の切断のような切断のために溶液中のBNNTの有効な超音波分散が必要であることを示唆している。
(c)よく解き取られたmPEG- DSPE /BNNS水中(超音波処理の2時間後)。(d) mPEG-DSPE分子によって機能するBNNTの模式図表
(研究と絵:2012年リーら)
超音波ホモジナイザー UP400St 窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の分散液
BNNT処理用高性能超音波処理器
ヒールシャー超音波処理器のスマートな機能は、信頼性の高い操作、再現可能な結果とユーザーフレンドリを保証するように設計されています。操作の設定は、デジタルカラータッチディスプレイとブラウザのリモコンを介してアクセスすることができ、直感的なメニューを介して簡単にアクセスしてダイヤルすることができます。そのため、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、内蔵の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して比較し、窒化ホウ素ナノチューブとナノ材料の剥離と分散プロセスを最高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BNNTsの製造のために世界的に使用されています. ヒールシャー産業超音波装置は、簡単に連続操作(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することができます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。その堅牢性と低いメンテナンスのために、私達の超音波剥離および分散システムは一般的に頑丈な適用のために、要求の厳しい環境で設置される。
ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24時間365日の操作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。
窒化ホウ素ナノチューブの分散と剥離のためのヒールシャー超音波プロセッサだけでなく、CNTsとグラフェンは、すでに商業規模で世界中に設置されています。今すぐお問い合わせの上、BNNT製造プロセスについてご相談ください!私たちのよく経験豊富なスタッフは、剥離プロセス、超音波システムと価格に関するより多くの情報を共有して喜んでいるでしょう!
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：
| バッチ容量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 500mLの1〜 | 200mL /分で10 | UP100H |
| 2000mlの10〜 | 20 400mLの/分 | Uf200ःトン、 UP400St |
| 00.1 20Lへ | 04L /分の0.2 | UIP2000hdT |
| 100Lへ10 | 10L /分で2 | UIP4000hdT |
| N.A。 | 10 100L /分 | UIP16000 |
| N.A。 | 大きな | のクラスタ UIP16000 |
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ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。
文献 / 参考文献
- Sang-Woo Jeon, Shin-Hyun Kang, Jung Chul Choi, Tae-Hwan Kim (2019): Dispersion of Boron Nitride Nanotubes by Pluronic Triblock Copolymer in Aqueous Solution. Polymers 11, 2019.
- Chee Huei Lee, Dongyan Zhang, Yoke Khin Yap (2012): Functionalization, Dispersion, and Cutting of Boron Nitride Nanotubes in Water. Journal of Physical Chemistry C 116, 2012. 1798–1804.
- Lin, Yi; Williams, Tiffany; Xu, Tian-Bing; Cao, Wei; Elsayed-Ali, Hani; Connell, John (2011): Aqueous Dispersions of Few-Layered and Monolayered Hexagonal Boron Nitride Nanosheets from Sonication-Assisted Hydrolysis: Critical Role of Water. The Journal of Physical Chemistry C 2011.
- Yuanlie Yu, Hua Chen, Yun Liu, Tim White, Ying Chen (2012): Preparation and potential application of boron nitride nanocups. Materials Letters, Vol. 80, 2012. 148-151.
- Luhua Li, Ying Chen, Zbigniew H. Stachurski (2013): Boron nitride nanotube reinforced polyurethane composites. Progress in Natural Science: Materials International Vol. 23, Issue 2, 2013. 70-173.
- Yanhu Zhan, Emanuele Lago, Chiara Santillo, Antonio Esaú Del Río Castillo, Shuai Hao, Giovanna G. Buonocore, Zhenming Chen, Hesheng Xia, Marino Lavorgna, Francesco Bonaccorso (2020): An anisotropic layer-by-layer carbon nanotube/boron nitride/rubber composite and its application in electromagnetic shielding. Nanoscale 12, 2020. 7782-7791.
- Kalay, Şaban; Çobandede, Zehra; Sen, Ozlem; Emanet, Melis; Kazanc, Emine; Culha, Mustafa (2015): Synthesis of boron nitride nanotubes and their applications. Beilstein Journal of Nanotechnology Vol 6, 2015. 84-102.
知る価値のある事実
窒化ホウ素ナノチューブとナノ材料
窒化ホウ素ナノチューブは、六角形のネットワークに配置されたホウ素と窒素原子を組み立てたユニークな原子構造を提供します。この構造は、優れた機械的強度、高熱伝導率、電気絶縁挙動、圧電特性、中性子遮蔽能力、耐酸化性など、BNNTに数多くの優れた固有特性を与えます。5 eVバンドギャップは横電界を使用して調整することも可能で、BNNTは電子機器にとって面白いものです。さらに、BNNTは800°Cまで高い耐酸化性を有し、優れた圧電性を示し、良い室温水素貯蔵材料である可能性があります。
BNNTs対グラフェン:BNNはグラフェンの構造的類似体である。窒化ホウ素系ナノ材料と炭素系のナノ材料との主な違いは、原子間の結合の性質である。カーボンナノ材料における結合C-Cは純粋な共有性特性を有し、B-N結合はsp2ハイブリダイズB-Nのe対による部分的イオン性特性を示す。(2019年エマネットら)
BNNTs対カーボンナノチューブ:窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)は、六角形ネットワークにホウ素と窒素原子を配置したカーボンナノチューブ(CNT)と同様の管状ナノ構造を示す。
キセン:キセンは2Dの単元素ナノ材料です。顕著な例は、ボロフェン、ガレネン、シリセン、ゲルマネン、スタネン、ホスホレン、ヒ素、アンチモネン、ビスムテン、テルレン、およびセレネンである。Xeneは並外れた材料特性を持ち、それによって他の2D材料の実用化に関する限界を打破する可能性を秘めています。 キセンの超音波剥離についてもっと学びましょう!
