ბოროფენის ულტრაბგერითი სინთეზი სამრეწველო მასშტაბით
ბოროფენი, ბორის ორგანზომილებიანი ნანოსტრუქტურული წარმოებული, შეიძლება ეფექტურად დაისინთეზოს მარტივი და იაფი ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის გზით. ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაღალი ხარისხის ბოროფენის ნანოფურცლების დიდი რაოდენობით მისაღებად. ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის ტექნიკა ფართოდ გამოიყენება 2D ნანომასალების (მაგ., გრაფენის) მისაღებად და ცნობილია თავისი უპირატესობებით, როგორიცაა მაღალი ხარისხის ნანოფურცლები, მაღალი გამოსავლიანობა, სწრაფი და მარტივი ექსპლუატაცია, ასევე ჯამური ეფექტურობა.
ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის მეთოდი ბოროფენის მოსამზადებლად
ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია ფართოდ გამოიყენება 2D ნანოფურცლების მოსამზადებლად სხვადასხვა მასიური პრეკურსორებიდან, მათ შორის გრაფიტიდან (გრაფენი), ბორიდან (ბოროფენი) და სხვ. ქიმიური ექსფოლიაციის ტექნიკასთან შედარებით, ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია ითვლება უფრო პერსპექტიულ სტრატეგიად 0D და 2D ნანოსტრუქტურების, როგორიცაა ბორის კვანტური წერტილები (BQDs) და ბოროფენი, მოსამზადებლად. (იხ. Wang et al., 2021)
მარცხნივ გამოსახულია 2D მრავალფენიანი ბოროფენის ფურცლების ულტრაბგერითი დაბალტემპერატურული თხევადი ექსფოლიაციის პროცესი. (კვლევა და სურათი: ©Lin et al., 2021.)
სონოქიმიური რეაქტორი, აღჭურვილი 2000 ვატიანი სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორით UIP2000hdT დიდი მასშტაბის ბოროფენის ექსფოლიაციისთვის.
ულტრაბგერითი ბოროფენის ექსფოლიაციის კვლევითი მაგალითები
ექსფოლიაცია და დელამინაცია სითხის ფაზაში სიმძლავრეული ულტრაბგერის გამოყენებით ფართოდ არის შესწავლილი და წარმატებით გამოყენებული ბოროფენისა და ბორის სხვა წარმოებულების, როგორიცაა ბორის კვანტური წერტილები, ბორის ნიტრიდი ან მაგნიუმის დიბორიდი, მიღებისთვის.
α-ბოროფენი
Göktuna-ს და Taşaltın-ის (2021) მიერ ჩატარებულ კვლევაში, α ბოროფენი მიღებულ იქნა მარტივი და იაფი ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის გზით. ულტრაბგერით სინთეზირებულ ბოროფენის ნანოფურცლებს აქვთ α ბოროფენის კრისტალური სტრუქტურა.
პროტოკოლი: 100 mg ბორის მიკრონაწილაკები დამუშავდა ულტრაბგერით 100 ml DMF-ში 200 W-ზე (მაგ., UP200St-ის გამოყენებით S26d14-თან ერთად) 4h-ის განმავლობაში აზოტის (N2) ნაკადით კონტროლირებად კაბინაში, რათა თავიდან ყოფილიყო დაჟანგვა ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაციის პროცესის დროს. ექსფოლირებული ბორის ნაწილაკების ხსნარი ცენტრიფუგირებულ იქნა 5000 rpm-ით და 12 000 rpm-ით, შესაბამისად, 15 წუთის განმავლობაში, შემდეგ ბოროფენი ფრთხილად იქნა შეგროვებული და გაშრობილი ვაკუუმურ გარემოში 4 საათის განმავლობაში 50ºC-ზე. (იხ. Göktuna და Taşaltın, 2021)
მრავალფენიანი ბოროფენის სქემატური გამოსახულება, რომელიც ექსფოლირებულია პრობული ულტრაბგერითი თანადამხმარე სოლვოთერმული დამუშავების პროცესით.
კვლევა და სურათი: ©Zhang et al., 2020
მრავალფენიანი ბოროფენი
Zhang et al. (2020) იუწყებიან აცეტონის სოლვოთერმული თხევადფაზიანი ექსფოლიაციის ტექნიკის შესახებ, რომელიც საშუალებას იძლევა მიღებულ იქნას მაღალი ხარისხის ბოროფენი დიდი ჰორიზონტალური ზომით. აცეტონის გაჯირჯვების ეფექტის გამოყენებით, ბორის ფხვნილისებური პრეკურსორი ჯერ დასველდა აცეტონში. შემდეგ, დასველებული ბორის პრეკურსორი დამატებით სოლვოთერმულად დამუშავდა აცეტონში 200ºC-ზე, რასაც მოჰყვა ულტრაბგერითი დამუშავება პრობული ტიპის სონიკატორით 225 W-ზე 4h-ის განმავლობაში. საბოლოოდ მიღებულ იქნა ბოროფენი ბორის რამდენიმე ფენით და ჰორიზონტალური ზომით 5,05 mm-მდე. აცეტონის სოლვოთერმული თანადამხმარე თხევადფაზიანი ექსფოლიაციის ტექნიკა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბორის ნანოფურცლების მოსამზადებლად დიდი ჰორიზონტალური ზომებით და მაღალი ხარისხით. (იხ. Zhang et al., 2020)
როდესაც ულტრაბგერით ექსფოლირებული ბოროფენის XRD სურათი შედარდება მასიური ბორის პრეკურსორთან, შეიძლება დაინახოს მსგავსი XRD სურათი. მთავარი დიფრაქციული პიკების უმეტესობა შეიძლება მიეკუთვნოს b-რომბოედრულ ბორს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ კრისტალური სტრუქტურა თითქმის შენარჩუნებულია ექსფოლიაციის დამუშავების წინ და მერე.
SEM სურათები დაბალი გარჩევადობით (a) და მაღალი გარჩევადობით (b) მრავალფენიანი ბოროფენისა, მიღებული ულტრაბგერითი თანადამხმარე სოლვოთერმული ექსფოლიაციით აცეტონში
კვლევა და სურათი: ©Zhang et al., 2020
XRD სურათები (a) და რამანის სპექტრები (b) დამუშავების გარეშე მასიური ბორისა და მრავალფენიანი ბოროფენისა, მიღებული პრობული ულტრაბგერითი თანადამხმარე სოლვოთერმული ექსფოლიაციით.
კვლევა და სურათი: ©Zhang et al., 2020
ბორის კვანტური წერტილების სონოქიმიური სინთეზი
Hao et al. (2020) წარმატებით მიიღეს მასშტაბური და ერთგვაროვანი კრისტალური ნახევარგამტარული ბორის კვანტური წერტილები (BQDs) გაფართოებული ბორის ფხვნილისგან აცეტონიტრილში, მაღალპოლარულ ორგანულ გამხსნელში, ძლიერი პრობის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით (მაგ., UP400St, UIP500hdT ან UIP1000hdT). სინთეზირებული ბორის კვანტური წერტილები აქვთ 2,46 ±0,4 nm განივ ზომას და 2,81 ±0,5 nm სისქეს.
პროტოკოლი: ბორის კვანტური წერტილების ტიპური მომზადებისას, ჯერ 30 mg ბორის ფხვნილი დაემატა სამყელიან კოლბას, შემდეგ კი 15 mL აცეტონიტრილი დაემატა ულტრაბგერითი დამუშავების პროცესის დაწყებამდე. ექსფოლიაცია განხორციელდა 400 W გამომავალი სიმძლავრით (მაგ., გამოყენებით UIP500hdT), 20kHz სიხშირით და 60 წუთიანი ულტრაბგერითი დროით. ხსნარის გადახურების თავიდან ასაცილებლად ულტრაბგერითი დამუშავების დროს, გამოიყენებოდა გაციება ყინულის აბაზანით ან ლაბორატორიული ჩილერით მუდმივი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად. მიღებული ხსნარი ცენტრიფუგირდებოდა 1500 rpm-ით 60 წუთის განმავლობაში. ზედა ფენა, რომელიც შეიცავდა ბორის კვანტურ წერტილებს, ფრთხილად ამოიღეს. ყველა ექსპერიმენტი ჩატარდა ოთახის ტემპერატურაზე. (იხ. Hao et al., 2020)
Wang et al. (2021)-ის კვლევაში, მკვლევრები ასევე ამზადებენ ბორის კვანტურ წერტილებს ულტრაბგერითი თხევადი ფაზის ექსფოლიაციის ტექნიკის გამოყენებით. მათ მიიღეს მონოდისპერსიული ბორის კვანტური წერტილები ვიწრო ზომის განაწილებით, შესანიშნავი დისპერგირებადობით, მაღალი სტაბილურობით IPA ხსნარში და ორფოტონიანი ფლუორესცენციით.
TEM სურათები და შესაბამისი დიამეტრის განაწილება BQDs-ისთვის, რომლებიც მომზადდა სხვადასხვა ულტრაბგერითი პირობებით. (a) BQDs-2-ის TEM სურათი, სინთეზირებული 400 W-ით 2 საათის განმავლობაში. (b) BQDs-3-ის TEM სურათი, სინთეზირებული 550 W-ით 1 საათის განმავლობაში. (c) BQDs-3-ის TEM სურათი, სინთეზირებული 400 W-ით 4 საათის განმავლობაში. (d) კვანტური წერტილების დიამეტრის განაწილება, მიღებული (a)-დან. (e) კვანტური წერტილების დიამეტრის განაწილება, მიღებული (b)-დან. (f) კვანტური წერტილების დიამეტრის განაწილება, მიღებული (c)-დან.
კვლევა და სურათი: ©Hao et al., 2020
მაგნიუმის დიბორიდის ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია
ექსფოლიაციის პროცესი განხორციელდა 450mg მაგნიუმის დიბორიდის
(MgB2) ფხვნილის (დაახლოებით 100 მეში / 149 მიკრონი) 150 ml წყალში სუსპენზირებით და მისი 30 წუთის განმავლობაში ულტრაბგერით დამუშავებით. ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია შეიძლება განხორციელდეს პრობის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატით, როგორიცაა UP200Ht ან UP400St 30% ამპლიტუდით და 10 წმ ჩართვა/გამორთვა პულსების ციკლური რეჟიმით. ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის შედეგად მიიღება მუქი შავი სუსპენზია. შავი ფერი შეიძლება მიეწეროს პირვანდელი MgB2 ფხვნილის ფერს.
სწრაფი თანმიმდევრობა (a-დან f-მდე) კადრებისა, რომლებიც ასახავს გრაფიტის ქერცლის სონომექანიკურ ექსფოლიაციას წყალში UP200S, 200W ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით 3mm სონოტროდით. ისრები აჩვენებს გაყოფის (ექსფოლიაციის) ადგილს კავიტაციის ბუშტებით, რომლებიც ღრმავდება გაყოფაში.
© Tyurnina et al. 2020
ძლიერი ულტრაბგერითი აპარატები ბოროფენის ექსფოლიაციისთვის ნებისმიერი მასშტაბით
Hielscher Ultrasonics აპროექტებს, აწარმოებს და ავრცელებს მყარ და საიმედო ულტრაბგერით აპარატებს ნებისმიერი ზომის. კომპაქტური ლაბორატორიული ულტრაბგერითი მოწყობილობებიდან ინდუსტრიულ ულტრაბგერით პრობებამდე და რეაქტორებამდე, Hielscher-ს აქვს იდეალური ულტრაბგერითი სისტემა თქვენი პროცესისთვის. გრძელვადიანი გამოცდილებით ისეთი აპლიკაციების სფეროში, როგორიცაა ნანომასალების სინთეზი და დისპერგირება, ჩვენი კარგად მომზადებული პერსონალი გირჩევთ თქვენი მოთხოვნებისთვის ყველაზე შესაფერის კომპლექტს. Hielscher ინდუსტრიული ულტრაბგერითი პროცესორები ცნობილია, როგორც საიმედო სამუშაო ცხენები ინდუსტრიულ დაწესებულებებში. ძალიან მაღალი ამპლიტუდების მიწოდების შესაძლებლობით, Hielscher ულტრაბგერითი აპარატები იდეალურია მაღალეფექტური აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ბოროფენის ან გრაფენის ექსფოლიაცია, ასევე ნანომასალების დისპერსიები. 200µm-მდე ამპლიტუდები შეიძლება მარტივად და უწყვეტად იმუშაოს 24/7 რეჟიმში. უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის, ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდები.
ყველა მოწყობილობა დაპროექტდა და დამზადდა ჩვენს შტაბ-ბინაში გერმანიაში. მომხმარებელს მიწოდებამდე, ყოველი ულტრაბგერითი მოწყობილობა ფრთხილად ტესტირდება სრული დატვირთვის პირობებში. ჩვენ ვიწევთ მომხმარებლის კმაყოფილებისკენ და ჩვენი წარმოება სტრუქტურირებულია უმაღლესი ხარისხის უზრუნველყოფის შესასრულებლად (მაგ., ISO სერტიფიცირება).
- მაღალი ეფექტურობა
- თანამედროვე ტექნოლოგია
- საიმედოობა და გამძლეობა
- პარტიული და ხაზოვანი
- ნებისმიერი მოცულობისთვის
- ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფა
- მუშა ფუნქციები (მაგ., მონაცემთა პროტოკოლირება)
- CIP (ადგილზე გაწმენდა)
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გიჩვენებთ ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის ინდიკაციას:
| 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, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / ლიტერატურული წყაროები
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
საცნობო ფაქტები
ბოროფენი
ბოროფენი არის ბორის კრისტალური ატომური მონოშრე, ანუ, ის ბორის ორგანზომილებიანი ალოტროპული ფორმაა (ასევე ცნობილია როგორც ბორის ნანოფურცელი). მისი უნიკალური ფიზიკური და ქიმიური მახასიათებლები ბოროფენს მრავალი სამრეწველო გამოყენებისთვის ღირებულ მასალად აქცევს.
ბოროფენის გამორჩეული ფიზიკური და ქიმიური თვისებები მოიცავს უნიკალურ მექანიკურ, თერმულ, ელექტრონულ, ოპტიკურ და ზეგამტარულ მხარეებს.
ეს იძლევა შესაძლებლობას, ბოროფენი გამოყენებულ იქნას ტუტე ლითონების იონურ ბატარეებში, Li-S ბატარეებში, წყალბადის შენახვაში, სუპერკონდენსატორებში, ჟანგბადის აღდგენასა და გამოყოფაში, ასევე CO2 ელექტრორედუქციის რეაქციებში. განსაკუთრებით მაღალი ინტერესი არსებობს ბოროფენის, როგორც ბატარეების ანოდური მასალისა და წყალბადის შენახვის მასალის მიმართ. მაღალი თეორიული სპეციფიკური ტევადობის, ელექტრონული გამტარობისა და იონური ტრანსპორტის თვისებების გამო, ბოროფენი ბატარეებისთვის შესანიშნავი ანოდური მასალაა. წყალბადის ბოროფენზე მაღალი ადსორბციის ტევადობის გამო, ის წყალბადის შენახვისთვის დიდ პოტენციალს იძლევა – მისი სიმძიმის 15%-ზე მეტი შენახვის ტევადობით.
ბოროფენი წყალბადის შენახვისთვის
ორგანზომილებიანი (2D) ბორზე დაფუძნებული მასალები დიდ ყურადღებას იმსახურებენ, როგორც H2 შენახვის საშუალებები ბორის დაბალი ატომური მასისა და ზედაპირზე ტუტე ლითონებით დეკორირების სტაბილურობის გამო, რაც აძლიერებს ურთიერთქმედებას H2-თან. ორგანზომილებიანი ბოროფენის ნანოფურცლები, რომლებიც მარტივად შეიძლება მიღებულ იქნას ულტრაბგერითი თხევადი ფაზის ექსფოლიაციის გამოყენებით, როგორც ზემოთ არის აღწერილი, აჩვენეს კარგი აფინურობა ლითონის დეკორირების სხვადასხვა ატომის მიმართ, რომლებშიც ლითონის ატომების კლასტერიზაცია შეიძლება მოხდეს. ბოროფენის სხვადასხვა პოლიმორფზე ლითონებით, როგორიცაა Li, Na, Ca და Ti, დეკორირების გამოყენებით მიღებულია შთამბეჭდავი H2 გრავიმეტრიული სიმკვრივეები 6-დან 15 wt %-მდე, რომლებიც აღემატება აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) მოთხოვნას ბორტზე შენახვისთვის 6,5wt% H2. (იხ. Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო მასშტაბის.