질화붕소 나노튜브 – 초음파 처리를 사용하여 박리 및 분산

초음파는 질화 붕소 나노 튜브 (BNNT)의 처리 및 분산에 성공적으로 적용됩니다. 고강도 초음파 처리는 다양한 용액에서 균일 한 엉킴 제거 및 분포를 제공하므로 BNNT를 용액 및 매트릭스에 통합하는 중요한 처리 기술입니다.

질화붕소 나노튜브의 초음파 처리

질화붕소 나노튜브(BNNT) 또는 나노시트 및 나노리본과 같은 질화붕소 나노구조(BNN)를 액체 용액 또는 고분자 매트릭스에 통합하기 위해서는 효율적이고 신뢰할 수 있는 분산 기술이 필요합니다. 초음파 분산은 질화붕소 나노튜브 및 질화붕소 나노구조를 고효율로 박리, 엉킴 제거, 분산 및 기능화하는 데 필요한 에너지를 제공합니다. 고강도 초음파의 정밀하게 제어 가능한 처리 매개변수(즉, 에너지, 진폭, 시간, 온도 및 압력)를 통해 목표 공정 목표에 맞게 처리 조건을 개별적으로 조정할 수 있습니다. 이는 특정 제형(BNNT의 품질, 용매, 고액 농도 등)과 관련하여 초음파 강도를 조정할 수 있어 최적의 결과를 얻을 수 있음을 의미합니다.

초음파 BNNT 및 BNN 처리의 응용 분야는 2차원 질화붕소 나노구조(2D-BNN)의 균일한 분산부터 단층 육각형 질화붕소의 기능화 및 화학적 박리에 이르기까지 전체 범위를 포괄합니다. 아래에서는 BNNT 및 BNN의 초음파 분산, 박리 및 기능화에 대한 세부 정보를 제공합니다.

질화붕소 나노튜브의 초음파 분산

질화붕소 나노튜브(BNNT)를 사용하여 폴리머를 강화하거나 새로운 물질을 합성하는 경우 매트릭스에 균일하고 신뢰할 수 있는 분산이 필요합니다. 초음파 분산기는 CNT, 금속 나노 입자, 코어 쉘 입자 및 기타 유형의 나노 입자와 같은 나노 물질을 2 단계로 분산시키는 데 널리 사용됩니다.
초음파 분산은 에탄올, PVP 에탄올, TX100 에탄올 및 다양한 폴리머 (예 : 폴리 우레탄)를 포함한 수성 및 비 수성 용액에서 BNNT를 균일하게 분리하고 분배하는 데 성공적으로 적용되었습니다.
초음파로 제조된 BNNT 분산액을 안정화하기 위해 일반적으로 사용되는 계면활성제는 1%wt 도데실 설페이트나트륨(SDS) 용액입니다. 예를 들어, 5mg BNNT는 다음과 같은 초음파 프로브형 분산기를 사용하여 5mL의 1%wt. SDS 용액이 있는 바이알에 초음파로 분산됩니다. UP200St(26kHz, 200W).

초음파를 이용한 BNNT의 수성 분산액

강한 van der Waals 상호 작용과 소수성 표면으로 인해 질화붕소 나노튜브는 수성 용액에서 분산성이 떨어집니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Jeon et al. (2019)은 친수성과 소수성을 모두 가진 Pluronic P85와 F127을 사용하여 BNNT를 초음파 처리하에서 기능화하였다.

계면 활성제가없는 질화 붕소 나노 시트의 박리 (초음파 처리)를 사용한 박리

Lin et al. (2011)은 육각형 질화붕소(h-BN)의 깨끗한 박리 및 분산 방법을 제시합니다. 육각형 질화붕소는 전통적으로 물에 녹지 않는 것으로 간주됩니다. 그러나 그들은 물이 초음파를 사용하여 층상 h-BN 구조를 각질을 제거하는 데 효과적임을 입증 할 수 있었으며, 계면 활성제나 유기 기능화를 사용하지 않고 h-BN 나노 시트의 "깨끗한"수성 분산액을 형성했습니다. 이 초음파 박리 과정은 소수의 층 h-BN 나노 시트뿐만 아니라 단층 나노 시트 및 나노 리본 종을 생산했습니다. 대부분의 나노 시트는 측면 크기가 감소했으며, 이는 초음파 처리 보조 가수 분해 (암모니아 테스트 및 분광학 결과에 의해 확증 됨)에 의해 유도 된 부모 h-BN 시트의 절단에 기인합니다. 초음파로 유도 된 가수 분해는 또한 용매의 극성 효과를 돕기 위해 h-BN 나노 시트의 박리를 촉진했습니다. 이러한 "깨끗한" 수성 분산액의 h-BN 나노시트는 물리적 특성을 유지하면서 용액 방법을 통해 우수한 가공성을 나타냈습니다. 물에 분산된 h-BN 나노시트는 또한 페리틴과 같은 단백질에 대해 강한 친화력을 나타냈으며, 이는 나노시트 표면이 추가 생체 접합에 사용할 수 있음을 시사합니다.

초음파 캐비테이션 및 전단력을 사용하는 소노 기계적 분산 방법은 순수 물리적 혼합 접근 방식으로, BNNT를 분리하고 개별 BNNT를 안정화하는 동시에 무결성과 고유 특성을 유지할 수 있는 것으로 입증되었습니다. 적절한 초음파 에너지 (Ws / mL), 즉 조정 된 진폭 및 초음파 처리 시간을 적용하면 초음파 분산은 BNNTS를 균일하게 분리 및 분산 할 수 있습니다. 더 높은 진폭과 더 긴 초음파 처리는 질화 붕소 나노 튜브의 길이를 줄여야하는 경우 적용 할 수 있습니다. 다음 섹션에서 BNNT의 초음파 크기 축소 및 길이 절단에 대해 자세히 알아보십시오.

초음파 크기 축소 및 질화 붕소 나노 튜브의 절단

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 처리를 위한 고성능 초음파기

Hielscher 초음파의 스마트 기능은 안정적인 작동, 재현 가능한 결과 및 사용자 친화성을 보장하도록 설계되었습니다. 작동 설정은 직관적인 메뉴를 통해 쉽게 액세스하고 다이얼을 돌릴 수 있으며, 디지털 컬러 터치 디스플레이 및 브라우저 원격 제어를 통해 액세스할 수 있습니다. 따라서 순 에너지, 총 에너지, 진폭, 시간, 압력 및 온도와 같은 모든 처리 조건이 내장 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 이를 통해 이전의 초음파 처리 실행을 수정 및 비교하고 질화 붕소 나노 튜브 및 나노 물질의 박리 및 분산 과정을 최고 효율로 최적화 할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 시스템은 고품질 BNNT 제조를 위해 전 세계적으로 사용됩니다. Hielscher 산업용 초음파는 연속 작동 (24/7/365)에서 높은 진폭을 쉽게 실행할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭은 표준 소노트로드(초음파 프로브/혼)를 사용하여 쉽게 연속적으로 생성할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 견고하고 유지 보수가 적기 때문에 당사의 초음파 박리 및 분산 시스템은 일반적으로 중장비 응용 분야와 까다로운 환경에 설치됩니다.
Hielscher Ultrasonics’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다.
질화붕소 나노튜브의 분산 및 박리를위한 Hielscher 초음파 프로세서와 CNT 및 그래 핀은 이미 전 세계적으로 상업적 규모로 설치되어 있습니다. BNNT 제조 공정에 대해 논의하려면 지금 문의하십시오! 경험이 풍부한 직원이 각질 제거 과정, 초음파 시스템 및 가격에 대한 자세한 정보를 공유하게되어 기쁩니다!
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.