ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები – ექსფოლიაცია და დისპერგია ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით
ულტრაბგერითი დამუშავება წარმატებით გამოიყენება ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების (BNNTs) დამუშავებისა და დისპერგიისთვის. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი დამუშავება უზრუნველყოფს ნანომილაკების გადახლართული გროვების ერთგვაროვან დაშლასა და განაწილებას სხვადასხვა ხსნარში და, შესაბამისად, არის გადამწყვეტი დამუშავების ტექნიკა BNNT-ების ხსნარებში და მატრიცებში ჩასართავად.
ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების ულტრაბგერითი დამუშავება
იმისათვის, რომ ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები (BNNTs) ან ბორის ნიტრიდის ნანოსტრუქტურები (BNNs), როგორიცაა ნანოფურცლები და ნანოზოლები, ჩაერთოს თხევად ხსნარებში ან პოლიმერულ მატრიცებში, საჭიროა ეფექტური და საიმედო დისპერგიის ტექნიკა. ულტრაბგერითი დისპერგია უზრუნველყოფს საჭირო ენერგიას ბორის ნიტრიდის ნანომილაკებისა და ბორის ნიტრიდის ნანოსტრუქტურების მაღალეფექტური ექსფოლიაციისთვის, გადახლართული გროვების დაშლისთვის, დისპერგიისა და ფუნქციონალიზაციისთვის. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერის ზუსტად მართვადი დამუშავების პარამეტრები (ე.ი. ენერგია, ამპლიტუდა, დრო, ტემპერატურა და წნევა) საშუალებას იძლევა, დამუშავების პირობები ინდივიდუალურად მორგდეს პროცესის მიზანს. ეს ნიშნავს, რომ ულტრაბგერის ინტენსივობა შეიძლება მორგდეს კონკრეტულ შემადგენლობას (BNNT-ების ხარისხი, გამხსნელი, მყარი და თხევადი ფაზების კონცენტრაცია და ა.შ.), რითაც მიიღება ოპტიმალური შედეგები.
ულტრაბგერითი გზა ბორის ნიტრიდის ნანოთასების სინთეზისთვის
(კვლევა და გრაფიკა: Yu et al. 2012)
ულტრაბგერითი BNNT და BNN დამუშავების გამოყენების სფერო მოიცავს სრულ დიაპაზონს ორგანზომილებიანი ბორის ნიტრიდის ნანოსტრუქტურების (2D-BNNs) ერთგვაროვანი დისპერგიიდან მათ ფუნქციონალიზაციამდე და ერთფენიანი ჰექსაგონალური ბორის ნიტრიდის ქიმიურ ექსფოლიაციამდე. ქვემოთ ჩვენ წარმოგიდგენთ დეტალებს BNNT-ებისა და BNN-ების ულტრაბგერითი დისპერგიის, ექსფოლიაციისა და ფუნქციონალიზაციის შესახებ.
ულტრაბგერითი დისპერგატორების (2x UIP1000hdT) მონტაჟი ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების სამრეწველო მასშტაბის დამუშავებისთვის
ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების ულტრაბგერითი დისპერგია
როდესაც ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები (BNNTs) გამოიყენება პოლიმერების გასაძლიერებლად ან ახალი მასალების სინთეზისთვის, საჭიროა ერთგვაროვანი და საიმედო დისპერგია მატრიცაში. ულტრაბგერითი დისპერგატორები ფართოდ გამოიყენება ნანომასალების, როგორიცაა CNTs, ლითონის ნანონაწილაკები, გული-გარსი ტიპის ნაწილაკები და ნანონაწილაკების სხვა ტიპები, მეორე ფაზაში დისპერგიისთვის.
ულტრაბგერითი დისპერგია წარმატებით იქნა გამოყენებული BNNT-ების გადახლართული გროვების დასაშლელად და მათ ერთგვაროვნად გასანაწილებლად წყლიან და არაწყლიან ხსნარებში, მათ შორის ეთანოლში, PVP ეთანოლში, TX100 ეთანოლში, ასევე სხვადასხვა პოლიმერში (მაგ. პოლიურეთანში).
ულტრაბგერით მომზადებული BNNT დისპერსიის სტაბილიზაციისთვის ხშირად გამოყენებული სურფაქტანტია ნატრიუმის დოდეცილსულფატის (SDS) 1%wt ხსნარი. მაგალითად, 5 mg BNNTs ულტრაბგერით დისპერგირდება ფლაკონში, რომელიც შეიცავს 5 mL 1%wt SDS ხსნარს, ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი დისპერგატორის გამოყენებით, როგორიცაა UP200St (26kHz, 200W).
BNNT-ების წყალში დისპერგია ულტრაბგერის გამოყენებით
ძლიერი ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედებებისა და ჰიდროფობული ზედაპირის გამო, ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები ცუდად დისპერგირდება წყლის ბაზაზე მომზადებულ ხსნარებში. ამ პრობლემების გადასაჭრელად Jeon-მა და თანაავტორებმა (2019) ულტრაბგერითი დამუშავებისას BNNT-ის ფუნქციონალიზაციისთვის გამოიყენეს Pluronic P85 და F127, რომლებსაც აქვთ როგორც ჰიდროფილური, ისე ჰიდროფობული ჯგუფები.
შემოკლებული BNNT-ების SEM სურათები სხვადასხვა ხანგრძლივობის ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ. როგორც ჩანს, ამ BNNT-ების სიგრძე მცირდება ულტრაბგერითი დამუშავების ჯამური ხანგრძლივობის მატებასთან ერთად.
(კვლევა და სურათი: Lee et al. 2012)
ბორის ნიტრიდის ნანოფურცლების სურფაქტანტის გარეშე ექსფოლიაცია ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით
Lin და თანაავტორები (2011) წარმოადგენენ ჰექსაგონალური ბორის ნიტრიდის (h-BN) ექსფოლიაციისა და დისპერგიის სუფთა მეთოდს. ჰექსაგონალური ბორის ნიტრიდი ტრადიციულად ითვლება წყალში უხსნადად. თუმცა, მათ შეძლეს ეჩვენებინათ, რომ წყალი ეფექტურია ულტრაბგერითი დამუშავებით h-BN-ის ფენოვანი სტრუქტურების ექსფოლიაციისთვის, რის შედეგადაც მიიღება h-BN-ის ნანოფურცლების „სუფთა“ წყლიანი დისპერსიები სურფაქტანტების ან ორგანული ფუნქციონალიზაციის გამოყენების გარეშე. ამ ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის პროცესით მიიღეს რამდენიმეფენიანი h-BN-ის ნანოფურცლები, ასევე ერთფენიანი ნანოფურცლები და ნანოზოლები. ნანოფურცლების უმეტესობას ჰქონდა შემცირებული განივი ზომები, რაც მიეწერებოდა საწყისი h-BN-ის ფურცლების დაჭრას ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ჰიდროლიზის შედეგად (რაც დასტურდებოდა ამიაკის ტესტითა და სპექტროსკოპიის შედეგებით). ულტრაბგერით გამოწვეული ჰიდროლიზი, გამხსნელის პოლარობის ეფექტთან ერთად, ასევე ხელს უწყობდა h-BN-ის ნანოფურცლების ექსფოლიაციას. ამ „სუფთა“ წყლიან დისპერსიებში h-BN-ის ნანოფურცლები კარგად ექვემდებარებოდა ხსნარზე დაფუძნებული მეთოდებით დამუშავებას და ინარჩუნებდა ფიზიკურ მახასიათებლებს. წყალში დისპერგირებულმა h-BN-ის ნანოფურცლებმა ასევე გამოავლინა ძლიერი აფინურობა ცილების, მაგალითად, ფერიტინის მიმართ, რაც მიუთითებდა, რომ ნანოფურცლების ზედაპირები ხელმისაწვდომი იყო შემდგომი ბიოკონიუგაციისთვის.
ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების ულტრაბგერითი ზომის შემცირება და დაჭრა
ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების სიგრძე გადამწყვეტ როლს თამაშობს BNNT-ების შემდგომი დამუშავებისას პოლიმერებში და სხვა ფუნქციონალიზებულ მასალებში. ამიტომ, მნიშვნელოვან ფაქტს წარმოადგენს ის, რომ BNNT-ების ულტრაბგერითი დამუშავება გამხსნელში შეიძლება არა მხოლოდ ინდივიდუალურად გამოყოფდეს BNNT-ებს, არამედ შეამციროს ბამბუკის სტრუქტურის მქონე BNNT-ების სიგრძე კონტროლირებად პირობებში. შემცირებული სიგრძის მქონე BNNT-ებს აქვთ ბევრად ნაკლები შანსი დაჯგუფდნენ კომპოზიტის მომზადებისას. ლი და მისი თანამავლები (2012) აჩვენეს, რომ ფუნქციონალიზებული BNNT-ების სიგრძე შეიძლება ეფექტურად შემცირდეს >10µm-დან ∼500nm-მდე ულტრაბგერითი დამუშავებით. მათმა ექსპერიმენტებმა მიუთითეს, რომ ეფექტური ულტრაბგერითი დისპერგია ხსნარში აუცილებელია BNNT-ების ზომის შემცირებისა და დაჭრისთვის.
(c) წყალში კარგად დისპერგირებული mPEG-DSPE/BNNTs (2 h ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ). (d) mPEG-DSPE მოლეკულით ფუნქციონალიზებული BNNT-ის სქემატური გამოსახულება
(კვლევა და სურათი: Lee et al. 2012)
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UP400St ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების (BNNTs) დისპერგიისთვის
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი აპარატები BNNT-ების დამუშავებისთვის
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატების სმარტ ფუნქციები შექმნილია საიმედო მუშაობის, განმეორებადი შედეგებისა და გამოყენების სიმარტივის უზრუნველსაყოფად. სამუშაო პარამეტრებზე წვდომა და მათი რეგულირება მარტივად ხდება ინტუიციური მენიუს საშუალებით, რომელიც ხელმისაწვდომია ციფრული ფერადი სენსორული ეკრანიდან და ბრაუზერით დისტანციური მართვის მეშვეობით. შესაბამისად, დამუშავების ყველა პირობა, როგორიცაა ნეტო ენერგია, ჯამური ენერგია, ამპლიტუდა, დრო, წნევა და ტემპერატურა, ავტომატურად იწერება ჩაშენებულ SD-ბარათზე. ეს საშუალებას გაძლევთ გადახედოთ და შეადაროთ წინა ულტრაბგერითი დამუშავების ციკლები და მაქსიმალური ეფექტურობის მისაღწევად ოპტიმიზაცია გაუკეთოთ ბორის ნიტრიდის ნანომილაკებისა და ნანომასალების ექსფოლიაციისა და დისპერგიის პროცესს.
Hielscher Ultrasonics-ის სისტემები მსოფლიოს მასშტაბით გამოიყენება მაღალი ხარისხის BNNT-ების წარმოებისთვის. Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერითი აპარატები მარტივად მუშაობენ მაღალ ამპლიტუდებზე უწყვეტ რეჟიმში (24/7/365). 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება უწყვეტად გენერირდეს სტანდარტული სონოტროდებით (ულტრაბგერითი ზონდებით). კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად შექმნილი ულტრაბგერითი სონოტროდები. გამძლეობისა და ტექნიკური მომსახურების მცირე საჭიროების გამო, ჩვენი ულტრაბგერითი ექსფოლიაციისა და დისპერგიის სისტემები ხშირად გამოიყენება მძიმე სამუშაოებისთვის და რთულ საექსპლუატაციო გარემოში.
Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ ძალიან მაღალი ამპლიტუდების უზრუნველყოფა. 200µm-მდე ამპლიტუდებზე უწყვეტი მუშაობა მარტივად არის შესაძლებელი 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად შექმნილი ულტრაბგერითი სონოტროდები.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი პროცესორები ბორის ნიტრიდის ნანომილაკების, ასევე CNT-ებისა და გრაფენის დისპერგიისა და ექსფოლიაციისთვის უკვე ინსტალირებულია მსოფლიოს მასშტაბით კომერციულ დონეზე. დაგვიკავშირდით ახლავე, რათა განვიხილოთ თქვენი BNNT-ების წარმოების პროცესი! ჩვენი მდიდარი გამოცდილების მქონე პერსონალი სიამოვნებით გაგიზიარებთ მეტ ინფორმაციას ექსფოლიაციის პროცესის, ულტრაბგერითი სისტემებისა და ფასების შესახებ!
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დამუშავების მიახლოებით წარმადობაზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის, დისპერგიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- 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.
საინტერესო ფაქტები
ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები და ნანომასალები
ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები გვთავაზობენ უნიკალურ ატომურ სტრუქტურას, რომელიც შედგება ბორისა და აზოტის ატომებისგან, განლაგებული ჰექსაგონალურ ქსელში. ეს სტრუქტურა BNNT-ს ანიჭებს მრავალ შესანიშნავ შინაგან თვისებას, როგორიცაა უმაღლესი მექანიკური სიმტკიცე, მაღალი თბოგამტარობა, ელექტროიზოლაციური ქცევა, პიეზოელექტრული თვისება, ნეიტრონების ეკრანირების შესაძლებლობა და ჟანგვის მიმართ მდგრადობა. 5 eV აკრძალული ზონა ასევე შეიძლება იყოს მორგებული განივი ელექტრული ველების გამოყენებით, რაც BNNT-ებს საინტერესოს ხდის ელექტრონული მოწყობილობებისთვის. გარდა ამისა, BNNT-ებს აქვთ მაღალი ჟანგვის მიმართ მდგრადობა 800°C-მდე, ავლენენ შესანიშნავ პიეზოელექტრულობას და შეიძლება იყოს კარგი ოთახის ტემპერატურაზე წყალბადის შენახვის მასალა.
BNNT-ები და გრაფენი: BNNT-ები არის გრაფენის სტრუქტურული ანალოგები. ბორის ნიტრიდზე დაფუძნებულ ნანომასალებსა და მათ ნახშირბადზე დაფუძნებულ ანალოგებს შორის მთავარი განსხვავება ატომებს შორის ბმების ბუნებაა. ნახშირბადის ნანომასალებში C-C ბმას აქვს სუფთა კოვალენტური ხასიათი, მაშინ როდესაც B-N ბმებს აქვთ ნაწილობრივ იონური ხასიათი sp2 ჰიბრიდიზებული B-N-ში e− წყვილების გამო. (იხ. Emanet et al. 2019)
BNNT-ები და ნახშირბადის ნანომილაკები: ბორის ნიტრიდის ნანომილაკები (BNNTs) ავლენენ ნახშირბადის ნანომილაკების (CNTs) მსგავს მილაკოვან ნანოსტრუქტურას, სადაც ბორისა და აზოტის ატომები განლაგებულია ჰექსაგონალურ ქსელში.
Xenes: Xenes არის 2D, ერთელემენტური ნანომასალები. მნიშვნელოვანი მაგალითებია ბოროფენი, გალენენი, სილიცენი, გერმანენი, სტანენი, ფოსფორენი, არსენენი, ანტიმონენი, ბისმუტენი, ტელურენი და სელენენი. Xenes აქვთ განსაკუთრებული მასალის თვისებები, რაც შესაძლებლობას იძლევა გადალახონ სხვა 2D მასალების პრაქტიკული გამოყენების შეზღუდვები. გაიგეთ მეტი xenes-ის ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის შესახებ!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.