Bora nitrīda nanocaurulītes – atslāņotas un disperģētas, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Apstrādi ar ultraskaņu veiksmīgi izmanto bora nitrīda nanocaurulīšu (BNNTs) apstrādei un disperģēšanai. Augstas intensitātes apstrāde ar ultraskaņu nodrošina vienmērīgu atpiņķerēšanu un sadalījumu dažādos šķīdumos, tādēļ tā ir būtiska apstrādes metode BNNTs iestrādei šķīdumos un matricās.

Bora nitrīda nanocaurulīšu apstrāde ar ultraskaņu

Lai bora nitrīda nanocaurulītes (BNNTs) vai bora nitrīda nanostruktūras (BNNs), piemēram, nanoloksnes un nanolentes, iestrādātu šķidros šķīdumos vai polimēru matricās, ir nepieciešama efektīva un uzticama disperģēšanas metode. Disperģēšana ar ultraskaņu nodrošina nepieciešamo enerģiju, lai ar augstu efektivitāti atslāņotu, atpiņķerētu, disperģētu un funkcionalizētu bora nitrīda nanocaurulītes un bora nitrīda nanostruktūras. Precīzi kontrolējamie augstas intensitātes ultraskaņas apstrādes parametri (t. i., enerģija, amplitūda, laiks, temperatūra un spiediens) ļauj individuāli pielāgot apstrādes apstākļus izvirzītajam procesa mērķim. Tas nozīmē, ka ultraskaņas intensitāti var pielāgot konkrētajam sastāvam (BNNTs kvalitātei, šķīdinātājam, cietās un šķidrās fāzes koncentrācijai utt.), tādējādi iegūstot optimālus rezultātus.

BNNT un BNN apstrādes ar ultraskaņu pielietojumi aptver visu spektru no divdimensiju bora nitrīda nanostruktūru (2D-BNNs) viendabīgas disperģēšanas līdz to funkcionalizēšanai un viena slāņa heksagonālā bora nitrīda ķīmiskai atslāņošanai. Tālāk sniedzam detalizētu informāciju par BNNTs un BNNs disperģēšanu, atslāņošanu un funkcionalizēšanu ar ultraskaņu.

Bora nitrīda nanocaurulīšu disperģēšana ar ultraskaņu

Ja bora nitrīda nanocaurulītes (BNNTs) izmanto polimēru pastiprināšanai vai jaunu materiālu sintēzei, ir nepieciešama vienmērīga un uzticama disperģēšana matricā. Ultraskaņas dispergatorus plaši izmanto, lai otrā fāzē disperģētu nanomateriālus, piemēram, CNTs, metālu nanodaļiņas, kodola–čaulas daļiņas un citu veidu nanodaļiņas.
Disperģēšana ar ultraskaņu ir veiksmīgi izmantota BNNTs atpiņķerēšanai un vienmērīgai sadalīšanai ūdens un neūdens šķīdumos, tostarp etanolā, PVP etanolā, TX100 etanolā, kā arī dažādos polimēros (piemēram, poliuretānā).
Ar ultraskaņu sagatavotas BNNT dispersijas stabilizēšanai bieži izmantots virsmaktīvās vielas šķīdums ir 1%wt nātrija dodecilsulfāta (SDS) šķīdums. Piemēram, 5 mg BNNTs disperģē ar ultraskaņu flakonā ar 5 mL 1%wt. SDS šķīduma, izmantojot zondes tipa ultraskaņas dispergatoru, piemēram, UP200St (26kHz, 200W).

BNNTs disperģēšana ūdenī, izmantojot ultraskaņu

Spēcīgās van der Vālsa mijiedarbības un hidrofobās virsmas dēļ bora nitrīda nanocaurulītes slikti disperģējas šķīdumos uz ūdens bāzes. Lai atrisinātu šīs problēmas, Jeon et al. (2019) izmantoja Pluronic P85 un F127, kuriem ir gan hidrofilas, gan hidrofobas grupas, lai funkcionalizētu BNNT, veicot apstrādi ar ultraskaņu.

Bora nitrīda nanolokšņu atslāņošana bez virsmaktīvajām vielām, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Lin et al. (2011) piedāvā tīru heksagonālā bora nitrīda (h-BN) eksfoliācijas un disperģēšanas metodi. Heksagonālo bora nitrīdu tradicionāli uzskata par ūdenī nešķīstošu. Tomēr viņiem izdevās pierādīt, ka ūdens ir efektīvs slāņaino h-BN struktūru eksfoliācijai, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu un veidojot “tīras” h-BN nanolokšņu dispersijas ūdenī bez virsmaktīvo vielu izmantošanas vai organiskās funkcionalizācijas. Šajā ultraskaņas eksfoliācijas procesā tika iegūtas h-BN nanoloksnes ar dažiem slāņiem, kā arī vienslāņa nanoloksnes un nanolentes. Lielākajai daļai nanolokšņu bija samazināti laterālie izmēri, kas tika skaidrots ar sākotnējo h-BN lokšņu sagriešanu ultraskaņas veicinātas hidrolīzes rezultātā (to apstiprināja amonjaka tests un spektroskopijas rezultāti). Ultraskaņas izraisītā hidrolīze arī veicināja h-BN nanolokšņu eksfoliāciju, papildinot šķīdinātāja polaritātes ietekmi. Šajās “tīrajās” ūdens dispersijās esošās h-BN nanoloksnes bija labi apstrādājamas ar šķīdumu metodēm, saglabājot to fizikālās īpašības. Ūdenī disperģētajām h-BN nanoloksnēm bija arī spēcīga afinitāte pret tādiem proteīniem kā feritīns, kas liecina, ka nanolokšņu virsmas bija pieejamas turpmākai biokonjugācijai.

Sonomehāniskā disperģēšanas metode, kurā izmanto ultraskaņas kavitāciju un bīdes spēkus, ir pilnībā fizikāla sajaukšanas pieeja, kuras spēja atdalīt BNNTs no kūlīšiem un stabilizēt atsevišķas BNNTs, saglabājot to integritāti un raksturīgās īpašības, ir pierādīta. Pievadot piemērotu ultraskaņas enerģiju (Ws/mL), t. i., pielāgojot amplitūdu un apstrādes ar ultraskaņu ilgumu, ar ultraskaņas disperģēšanu var atšķetināt un vienmērīgi disperģēt BNNTS. Ja nepieciešams samazināt bora nitrīda nanocaurulīšu garumu, var izmantot lielāku amplitūdu un ilgāku apstrādi ar ultraskaņu. Vairāk par BNNTs izmēra samazināšanu un saīsināšanu, sagriežot ar ultraskaņu, lasiet nākamajā sadaļā.

Bora nitrīda nanocaurulīšu izmēra samazināšana un sagriešana ar ultraskaņu

Bora nitrīda nanocaurulīšu garumam ir izšķiroša nozīme turpmākajā BNNTs iestrādē polimēros un citos funkcionalizētos materiālos. Tādēļ būtisks ir fakts, ka BNNTs apstrāde ar ultraskaņu šķīdinātājā varētu ne tikai atdalīt atsevišķas BNNTs, bet arī kontrolētos apstākļos saīsināt BNNTs ar bambusam līdzīgu struktūru. Saīsinātām BNNTs ir daudz mazāka iespējamība veidot kūlīšus kompozītmateriālu sagatavošanas laikā. Lee et al. (2012) pierādīja, ka funkcionalizētu BNNTs garumu ar ultraskaņu var efektīvi samazināt no >10µm līdz ∼500nm. Viņu eksperimenti liecina, ka šādai BNNT izmēra samazināšanai un sagriešanai ir nepieciešama efektīva BNNT disperģēšana šķīdumā ar ultraskaņu.

Augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces BNNT apstrādei

Hielscher ultraskaņas iekārtu viedās funkcijas ir izstrādātas, lai garantētu uzticamu darbību, reproducējamus rezultātus un lietošanas ērtumu. Darbības iestatījumiem var viegli piekļūt un tos pielāgot intuitīvā izvēlnē, kas pieejama digitālajā krāsu skārienekrānā un ar attālināto vadību pārlūkprogrammā. Tādēļ visi apstrādes parametri, piemēram, neto enerģija, kopējā enerģija, amplitūda, laiks, spiediens un temperatūra, tiek automātiski reģistrēti iebūvētajā SD kartē. Tas ļauj pārskatīt un salīdzināt iepriekšējos apstrādes ar ultraskaņu ciklus un optimizēt bora nitrīda nanocaurulīšu un nanomateriālu eksfoliācijas un disperģēšanas procesu, lai sasniegtu visaugstāko efektivitāti.
Hielscher Ultrasonics sistēmas visā pasaulē izmanto augstas kvalitātes BNNT ražošanai. Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas iekārtas var viegli darboties ar lielām amplitūdām nepārtrauktā režīmā (24/7/365). Ar standarta sonotrodēm (ultraskaņas zondēm / koncentratoriem) var viegli un nepārtraukti radīt amplitūdas līdz 200µm. Vēl lielākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Pateicoties izturībai un nelielām apkopes prasībām, mūsu ultraskaņas eksfoliācijas un disperģēšanas sistēmas bieži uzstāda darbam ar lielu slodzi un prasīgos vides apstākļos.
Hielscher Ultrasonics rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti lielas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200µm var viegli un nepārtraukti uzturēt 24/7 darbības režīmā. Vēl lielākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes.
Hielscher ultraskaņas procesori bora nitrīda nanocaurulīšu, kā arī CNT un grafēna disperģēšanai un eksfoliācijai jau ir uzstādīti komerciāla mēroga darbībai visā pasaulē. Sazinieties ar mums jau tagad, lai apspriestu savu BNNT ražošanas procesu! Mūsu pieredzējušie darbinieki labprāt sniegs plašāku informāciju par eksfoliācijas procesu, ultraskaņas sistēmām un cenām!
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: