Xenes ultraskaņas pīlings

Xenes ir 2D monoelementu nanomateriāli ar neparastām īpašībām, piemēram, ļoti augstu virsmas laukumu, anizotropām fizikālām / ķīmiskām īpašībām, tostarp izcilu elektrisko vadītspēju vai stiepes izturību. Ultraskaņas pīlings vai delaminācija ir efektīva un uzticama tehnika, lai ražotu viena slāņa 2D nano lapas no daudzslāņu prekursoru materiāliem. Ultraskaņas pīlings jau ir izveidots augstas kvalitātes ksenes nanolokšņu ražošanai rūpnieciskā mērogā.

Xenes – Monoslāņu nanostruktūras

Xenes ir monoslānis (2D), monoelementu nanomateriāli, kuriem ir grafēnam līdzīga struktūra, iekšējā slāņa kovalentā saite un vāji van der Waals spēki starp slāņiem. Piemēri materiāliem, kas ietilpst xenes klasē, ir borofēns, silicēns, germānis, stenēns, fosfors (melnais fosfors), arsenēns, bismutēns, tellurons un antimonēns. Pateicoties vienslāņa 2D struktūrai, ksenes nanomateriāli ir apogļoti ar ļoti lielu virsmu, kā arī uzlabotu ķīmisko un fizisko reaktivitāti. Šīs strukturālās īpašības piešķir xenes nanomateriāliem iespaidīgas fotonikas, katalītiskas, magnētiskas un elektroniskas īpašības un padara šīs nanostruktūras ļoti interesantas daudziem rūpnieciskiem lietojumiem. Attēlā pa kreisi redzami ultrasoniski pīlinga borofēna SEM attēli.

Xenes nanomateriālu ražošana, izmantojot ultraskaņas delamināciju

Daudzslāņu nanomateriālu šķidrais pīlings: Viena slāņa 2D nanoloksnes tiek ražotas no neorganiskiem materiāliem ar slāņveida konstrukcijām (piemēram, grafītu), kas sastāv no brīvi sakrautiem saimniekslāņiem, kas parāda galerijas izplešanos no slāņa līdz slānim vai pietūkumu, sasitot noteiktus jonus un/vai šķīdinātājus. Pīlings, kurā slāņainā fāze tiek sašķelta nanoloksnēs, parasti pavada pietūkumu, jo strauji novājinātas elektrostatiskās atrakcijas starp slāņiem, kas rada atsevišķu 2D slāņu vai lokšņu koloidālās dispersijas. (sal. ar Geng et al, 2013) Kopumā ir zināms, ka pietūkums atvieglo pīlingu, izmantojot ultrasonication, un rada negatīvi uzlādētas nano lapas. Ķīmiskā pirmapstrāde arī atvieglo pīlingu, izmantojot ultraskaņu šķīdinātājos. Piemēram, funkcionalizācija ļauj pīlings slāņaino dubulto hidroksīdu (LDH) spirtos. (sal. ar Nicolosi et al., 2013)
Ultraskaņas pīlingam / delaminācijai slāņainais materiāls ir pakļauts spēcīgiem ultraskaņas viļņiem šķīdinātājā. Kad enerģētiski blīvi ultraskaņas viļņi ir savienoti šķidrumā vai vircā, rodas akustiskā aka ultraskaņas kavitācija. Ultraskaņas kavitāciju raksturo vakuuma burbuļu sabrukums. Ultraskaņas viļņi pārvietojas caur šķidrumu un rada mainīgus zema spiediena / augsta spiediena ciklus. Minūte vakuuma burbuļi rodas zema spiediena (rarefaction) cikla laikā un aug dažādos zema spiediena / augsta spiediena ciklos. Kad KAVITĀCIJAS burbulis sasniedz punktu, kur tas nevar absorbēt papildu enerģiju, burbulis spēcīgi implodē un rada lokāli ļoti enerģētiski blīvus apstākļus. KAVITĀCIJAS karsto punktu nosaka ļoti augsts spiediens un temperatūra, attiecīgie spiedieni un temperatūras diferenciāļi, ātrgaitas šķidruma strūklas un bīdes spēki. Šie sonomehāniskie un sonoķīmiskie spēki nospiež šķīdinātāju starp saliktajiem slāņiem un sadalītajām slāņainajām daļiņu un kristāliskajām struktūrām, tādējādi radot lobītas nanoloksnes. Zemāk redzamā attēla secība parāda pīlinga procesu ar ultraskaņas kavitāciju.

Liela ātruma sekvence (no a līdz f) rāmjiem, kas ilustrē grafīta pārslas sonomehānisku lobīšanos ūdenī, izmantojot UP200S, 200W ultrasonikators ar 3 mm sonotrode. Bultiņas parāda sadalīšanas (pīlinga) vietu ar kavitācijas burbuļiem, kas iekļūst šķelšanās.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modelēšana ir parādījusi, ka, ja šķīdinātāja virsmas enerģija ir līdzīga slāņainā materiāla virsmas enerģijai, enerģijas atšķirība starp lobītajiem un pārdalītajiem stāvokļiem būs ļoti maza, noņemot pārgrupēšanas dzinējspēku. Salīdzinot ar alternatīvām maisīšanas un nobīdes metodēm, ultraskaņas maisītāji nodrošināja efektīvāku enerģijas avotu pīlingam, kā rezultātā tika demonstrēta jonu interkalācija-atbalstīta TaS pīlings₂, NbS₂, un MoS₂, kā arī daudzslāņu oksīdi. (sal. ar Nicolosi et al., 2013)

TEM attēli ar ultrasoniski šķidrām lobītām nanoloksnēm: (A) Grafēna nanolapa, kas lobīta ar ultraskaņu šķīdinātājā N-metil-pirolidonā. (B) h-BN nanoloksne, ko loba ar ultraskaņu ekstrahē ar ultraskaņu šķīdinātāja izopropanolā. (C) MoS2 nanolapa, kas lobīta ar ultraskaņu ūdens virsmaktīvās vielas šķīdumā.
(Pētījums un attēli: ©Nicolosi et al., 2013)

Ultraskaņas šķidruma pīlinga protokoli

Ksēnu un citu monoslāņu nanomateriālu ultraskaņas pīlings un delaminācija ir plaši pētīta pētniecībā un veiksmīgi pārnesta uz rūpnieciskās ražošanas posmu. Zemāk mēs piedāvājam jums atlasītus pīlinga protokolus, izmantojot ultraskaņu.

Fosforēna nanoflaku ultraskaņas pīlings

Fosfors (pazīstams arī kā melnais fosfors BP) ir 2D slāņains, monoelementu materiāls, kas veidojas no fosfora atomiem.
Passaglia et al. pētījumā (2018) (2018) ir pierādīta stabilu fosforēna – metilmetakrilāta suspensiju sagatavošana, izmantojot bP šķidrās fāzes pīlingu ar ultraskaņu (LPE) MMA klātbūtnē, kam seko radikāla polimerizācija. Metilmetakrilāts (MMA) ir šķidrs monomērs.

Fosforēna ultraskaņas šķidruma pīlinga protokols

MMA_bPn, NVP_bPn un Sty_bPn suspensijas LPE ieguva vienīgā monomēra klātbūtnē. Tipiskā procedūrā ∼5 mg bP, rūpīgi sasmalcinātu javu, ievietoja mēģenē un pēc tam pievienoja svērto MMA, Sty vai NVP daudzumu. Monomēra bP suspensija tika sonicated 90 min, izmantojot Hielscher Ultrasonics homogenizatoru UP200St (200W, 26kHz), aprīkots ar sonotrode S26d2 (uzgaļa diametrs: 2 mm). Ultraskaņas amplitūda tika saglabāta nemainīga 50% līmenī ar P = 7 W. Visos gadījumos, lai uzlabotu siltuma izkliedi, tika izmantota ledus vanna. Pēc tam pēdējā MMA_bPn, NVP_bPn un Sty_bPn atstādināšana tika apslāpēta ar N2 uz 15 min. Visas suspensijas analizēja DLS, parādot rH vērtības, kas patiešām ir tuvas DMSO_bPn vērtībām. Piemēram, MMA_bPn suspensiju (ar aptuveni 1% no bP satura) raksturo rH = 512 ± 58 nm.
Lai gan citi zinātniskie pētījumi par fosforu ziņo par vairāku stundu ultraskaņas apstrādes laiku, izmantojot ultraskaņas tīrītāju, augstu viršanas temperatūras šķīdinātājus un zemu efektivitāti, Passaglia pētniecības komanda demonstrē ļoti efektīvu ultraskaņas pīlinga protokolu, izmantojot zondes tipa ultrasonikatoru (t.i., UP200St)

Ultraskaņas Borofēna pīlings

Lai iegūtu ultraskaņas protokolus un ultraskaņas borofēna pīlinga rezultātus, lūdzu, noklikšķiniet šeit!

Dažu slāņu silīcija dioksīda nanolokšņu ultraskaņas pīlings

Dažu slāņu lobīta silīcija dioksīda nanoloksnes (E-SN) tika sagatavotas no dabiskā vermikulīta (Verm), izmantojot ultraskaņas pīlingu. Lobīta silīcija dioksīda nanolokšņu sintēzei tika izmantota šāda šķidro fāžu pīlinga metode: 40 mg silīcija dioksīda nanoloksnes (SN) tika izkliedētas 40 ml absolūtā etanolā. Pēc tam maisījums tika ultrasonificēts 2 h, izmantojot Hielscher Ultraskaņas procesors UP200St, aprīkots ar 7 mm sonotrode. Ultraskaņas viļņa amplitūda tika saglabāta nemainīga 70% apmērā. Lai izvairītos no pārkaršanas, tika uzklāta ledus vanna. Neeksfoliated SN tika noņemts centrifugējot ar 1000 apgr./min. Visbeidzot, produkts tika dekantēts un žāvēts istabas temperatūrā vakuumā uz nakti. (sal. guo et al., 2022)

Lieljaudas ultraskaņas zondes un reaktori Xenes nanolokšņu pīlingam

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata izturīgus un uzticamus ultrasonikatorus jebkurā izmērā. No kompaktām laboratorijas ultraskaņas ierīcēm līdz rūpnieciskām ultraskaņas zondēm un reaktoriem Hielscher ir ideāla ultraskaņas sistēma jūsu procesam. Ar ilgu pieredzi tādos lietojumos kā nanomateriālu sintēze un dispersija, mūsu labi apmācītie darbinieki ieteiks jums vispiemērotāko iestatīšanu jūsu prasībām. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori ir pazīstami kā uzticami darba zirgi rūpnieciskās iekārtās. Spēj nodrošināt ļoti augstas amplitūdas, Hielscher ultrasonikatori ir ideāli piemēroti augstas veiktspējas lietojumiem, piemēram, ksēnu un citu 2D monoslāņu nanomateriālu, piemēram, borofēna, fosfora vai grafēna, sintēzei, kā arī šo nanostruktūru drošai dispersijai.
Ārkārtīgi jaudīga ultraskaņa: Hielscher Ultraskaņas’ rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodi.
Augstākā kvalitāte – Izstrādāts un ražots Vācijā: Visas iekārtas ir projektētas un ražotas mūsu galvenajā galvenajā punktā Vācijā. Pirms piegādes klientam katra ultraskaņas ierīce tiek rūpīgi pārbaudīta ar pilnu slodzi. Mēs tiecamies pēc klientu apmierinātības, un mūsu produkcija ir strukturēta tā, lai tā atbilstu visaugstākajai kvalitātes nodrošināšanai (piemēram, ISO sertifikācijai).

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: