工業規模での超音波ホウ素合成

ホウ素の二次元ナノ構造誘導体であるボロフェンは、容易で低コストの超音波剥離により効率的に合成することができます。超音波液相剥離は、高品質のボロフェンナノシートを大量に製造するために使用することができる。超音波剥離技術は、2Dナノ材料(グラフェンなど)を製造するために広く使用されており、高品質のナノシート、高収率、迅速かつ容易な操作、ならびに全体的な効率の利点でよく知られています。

ホウ素調製のための超音波剥離法

超音波駆動液相剥離は、グラファイト(グラフェン)、ホウ素(ボロフェン)などの様々なバルク前駆体から2Dナノシートを調製するために広く使用されています。化学的剥離技術と比較して、超音波支援液相剥離は、ホウ素量子ドット(BQD)およびボロフェンなどの0Dおよび2Dナノ構造を調製するためのより有望な戦略と考えられている。(cf. Wang et al., 2021)
左のスキームは、2D数層ボロフェンシートの超音波低温液体剥離プロセスを示しています。(研究と写真:©Lin et al., 2021.)

超音波ホウ素剥離のケーススタディ

液相プロセスにおけるパワー超音波を用いた剥離および剥離は、広く研究され、ボロフェンおよびホウ素量子ドット、窒化ホウ素、二ホウ化マグネシウムなどの他のホウ素誘導体に適用され、成功裏に適用されています。

α-ボロフェン

Göktuna and Taşaltın (2021) が実施した研究では、αボロフェンは、簡単で低コストの超音波剥離によって調製されました。超音波合成されたボロフェンナノシートは、αボロフェン結晶構造を示す。
プロトコル:100mgのホウ素微粒子を100ml DMFで200Wで超音波処理しました(例:S26d14とUP200Stを使用)窒素(N₂)超音波液相剥離プロセス中の酸化を防ぐためのフロー制御キャビン。剥離したホウ素粒子の溶液を、5000rpmと12,000rpmでそれぞれ15分間遠心分離し、その後、ボロフェンを慎重に収集し、真空常温で50°Cで4時間乾燥させた(Göktuna and Taşaltın, 2021参照)。

プローブ超音波支援ソルボサーマル処理プロセスによって剥離されたいくつかの層を持つボロフェンの概略図。
研究と写真:©Zhang et al., 2020

数層ボロフェン

Zhang et al. (2020) は、アセトンソルボサーマル液相剥離技術を報告しており、これにより、大きな水平サイズで高品質のボロフェンを製造することができます。アセトンの膨潤効果を利用して、ホウ素粉末前駆体を最初にアセトンで湿らせました。次いで、接液したホウ素前駆体を200°Cのアセトンでさらにソルボサーマル処理し、続いてプローブ型ソニケーターを225Wで4時間超音波処理した。ホウ素を数層に重ね、最大5.05mmの水平サイズを持つボロフェンが最終的に得られました。アセトンソルボザーマルアシスト液相剥離法は、大きな水平サイズで高品質のホウ素ナノシートを調製するために使用できます。(cf. Zhang et al., 2020)
超音波剥離されたボロフェンのXRDパターンをバルクホウ素前駆体と比較すると、同様のXRDパターンが観察され得る。主要な回折ピークのほとんどは、b-菱面体ホウ素にインデックスを付けることができ、結晶構造が剥離処理の前後でほぼ保存されていることを示唆しています。

アセトンの超音波支援ソルボサーマル剥離によって得られた層数少ないボロフェンの低解像度(a)および高解像度(b)のSEM画像
研究と写真:©Zhang et al., 2020

プローブ超音波支援ソルボサーマル剥離によって得られた少数の層を有する未処理のバルクホウ素およびボロフェンのXRDパターン(a)およびラマンスペクトル(b)。
研究と写真:©Zhang et al., 2020

ホウ素量子ドットの音響化学合成

Haoら(2020)は、強力なプローブ型超音波装置(例えば、 UP400セント, UIP500hdTの 又は UIP1000hdTの).横サイズ2.46 ±0.4 nm、厚さ2.81 ±0.5 nmのホウ素量子ドットを合成しました。
プロトコル:ホウ素量子ドットの典型的な調製では、ホウ素粉末30mgを最初に3ネックフラスコに加え、次いで15mLのアセトニトリルを超音波処理プロセスの前にボトルに加えました。剥離は、400 Wの出力電力で行われました(たとえば、 UIP500hdTの)、20kHzの周波数、60分の超音波時間。超音波処理中の溶液の過熱を避けるために、氷浴または実験室用チラーを使用した冷却を一定温度で適用した。得られた溶液を1500rpmで60分間遠心分離しました。ホウ素量子ドットを含む上清を穏やかに抽出しました。すべての実験は室温で行われました。(cf. Hao et al., 2020)
Wang et al.(2021)の研究では、研究者は超音波液相剥離技術を使用してホウ素量子ドットも調製しました。彼らは、狭いサイズ分布、優れた分散性、IPA溶液中での高い安定性、および2光蛍光を備えた単分散ホウ素量子ドットを得ました。

TEM像と、異なる超音波条件下で調製したBQDの対応する直径分布。(a) 400 Wで2時間合成したBQDs-2のTEM像 (b) 550 Wで1時間合成したBQDs-3のTEM像 (c) 400Wで4時間合成したBQDs-3のTEM像 (d) (a)から取得した量子ドットの直径分布。(e) (b)から取得した量子ドットの直径分布。(f) (c)から取得する量子ドットの直径分布。
研究と写真:©Hao et al., 2020

二ホウ化マグネシウムナノシートの超音波剥離

剥離のプロセスは、450mgの二ホウ化マグネシウムを懸濁することによって行われました
(MgBの₂)粉末(約100メッシュサイズ/ 149ミクロン)を150mlの水に入れ、30分間超音波にさらします。超音波剥離は、プローブ型超音波装置などで行うことができます。 UP200HTの 又は UP400セント 振幅は30%、サイクルモードは10秒のオン/オフパルスです。超音波剥離により、ダークブラックの懸濁液が得られます。黒色は、手付かずのMgB2粉末の色に起因する可能性があります。

水中のグラファイトフレークのソノメカニカル剥離を示すフレームの高速シーケンス(aからfまで) UP200S、200W超音波装置 3mmのソノトロード付き。矢印は、キャビテーションバブルがスプリットを貫通するスプリット(剥離)の場所を示しています。
© Tyurnina et al. 2020

あらゆる規模でボロフェン剥離のための強力な超音波装置

ヒールシャー超音波は、あらゆるサイズで堅牢で信頼性の高い超音波装置を設計、製造、および配布しています。コンパクトなラボ用超音波デバイスから工業用超音波プローブや反応器まで、ヒールシャーはあなたのプロセスに理想的な超音波システムを持っています。ナノマテリアルの合成や分散などのアプリケーションでの長年の経験を持つ当社のよく訓練されたスタッフが、ypourの要件に最適なセットアップをお勧めします。ヒールシャー工業用超音波プロセッサは、産業施設で信頼性の高い働き馬として知られています。非常に高い振幅を提供することができる、ヒールシャー超音波装置は、ボロフェンやグラフェンの剥離、ナノ材料分散などの高性能アプリケーションに最適です。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。
すべての機器は、ドイツの本社で設計および製造されています。お客様にお届けする前に、すべての超音波装置は全負荷で慎重にテストされます。私たちは顧客満足を目指し、生産は最高の品質保証(ISO認証など)を満たすように構成されています。

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。