Boornitride Nanobuizen – Geëxfolieerd en gedispergeerd met Sonication

Ultrasoonbehandeling wordt met succes toegepast op de verwerking en dispersie van boornitride-nanobuizen (BNNT's). Hoge-intensiteit sonicatie zorgt voor homogene ontwarring en distributie in verschillende oplossingen en is daardoor een cruciale verwerkingstechniek om BNNT's in oplossingen en matrices op te nemen.

Ultrasone verwerking van Boornitride Nanobuizen

Om boornitride-nanobuisjes (BNNT's) of boornitride-nanostructuren (BNN's) zoals nanosheets en nanoribbons in vloeibare oplossingen of polymere matrices op te nemen, is een efficiënte en betrouwbare dispersietechniek vereist. Ultrasone dispersie levert de vereiste energie om boornitride nanobuisjes en boornitride nanostructuren met hoge efficiëntie te exfoliëren, ontwarren, dispergeren en functionaliseren. De nauwkeurig regelbare verwerkingsparameters van ultrasoon geluid met hoge intensiteit (d.w.z. energie, amplitude, tijd, temperatuur en druk) maken het mogelijk de verwerkingsomstandigheden individueel aan het beoogde procesdoel aan te passen. Dit betekent dat de ultrasone intensiteit kan worden aangepast met betrekking tot de specifieke formulering (kwaliteit van BNNT's, oplosmiddel, vast-vloeibaar concentratie, etc.), waardoor optimale resultaten worden verkregen.

Boron nitride nanotubes (BNNTs) can be synthesized using sonication

Ultrasone methode voor de synthese van boornitride-nanocups
(studie en grafiek: Yu et al. 2012)

De toepassingen van ultrasone BNNT- en BNN-verwerking bestrijken het volledige gamma van de homogene dispersie van tweedimensionale boornitride-nanostructuren (2D-BNN's), tot hun functionalisering en chemische exfoliatie van monolaag hexagonaal boornitride. Hieronder presenteren wij de details van ultrasone dispersie, exfoliatie en functionalisering van BNNTs en BNNs.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Dispersion of boron nitride nanotubes using high-intensity ultrasonicators from Hielscher Ultrasonics

Installatie van ultrasone dispersoren (2x UIP1000hdT) voor de verwerking van boornitride-nanobuisjes op industriële schaal

Ultrasone dispersie van boriumnitride nanobuisjes

Wanneer boornitride-nanobuisjes (BNNT's) worden gebruikt om polymeren te versterken of om nieuwe materialen te synthetiseren, is een uniforme en betrouwbare dispersie in de matrix vereist. Ultrasone dispergeerapparaten worden op grote schaal gebruikt om nanomaterialen zoals CNT's, metallische nanodeeltjes, core-shell deeltjes en andere soorten nanodeeltjes in een tweede fase te dispergeren.
Ultrasone dispersie is met succes toegepast voor het ontwarren en gelijkmatig verdelen van BNNT's in waterige en niet-waterige oplossingen, waaronder ethanol, PVP-ethanol, TX100-ethanol en diverse polymeren (bv. polyurethaan).
Een veelgebruikte oppervlakteactieve stof om een ultrasoon bereide BNNT-dispersie te stabiliseren is een 1%wt natriumdodecylsulfaatoplossing (SDS). Bijvoorbeeld, 5 mg BNNTs zijn ultrasoon gedispergeerd in een flacon met 5 mL van 1%wt. SDS-oplossing met behulp van een ultrasoon probe-type dispergeerapparaat zoals de UP200St (26kHz, 200W).

Waterige dispersie van BNNTs met ultrageluid

Door hun sterke van der Waals interacties en hydrofobe oppervlak, zijn boornitride nanobuisjes slecht dispergeerbaar in oplossingen op waterbasis. Om deze problemen op te lossen, gebruikten Jeon et al. (2019) Pluronic P85 en F127, die zowel hydrofiele groepen als hydrofobe groepen hebben om BNNT onder sonicatie te functionaliseren.

Length reduction and cutting of boron nitride nanotubes (BNNTs) by high-intensity ultrasonication

SEM-afbeeldingen van verkorte BNNTs na verschillende sonicatieperioden. Zoals te zien is, neemt de lengte van deze BNNT's af naarmate de cumulatieve duur van de sonicatie toeneemt.
(studie en foto: Lee et al. 2012)

Surfactant-vrije afschilfering van Boron Nitride Nanosheets met Sonication

Lin et al. (2011) presenteren een schone methode voor de exfoliatie en dispersie van hexagonaal boornitride (h-BN). Hexagonaal boornitride wordt traditioneel beschouwd als onoplosbaar in water. Zij konden echter aantonen dat water effectief is om de gelaagde h-BN-structuren te exfoliëren met behulp van ultrasoonbehandeling, waarbij "schone" waterige dispersies van h-BN-nanosheets worden gevormd zonder het gebruik van oppervlakteactieve stoffen of organische functionalisering. Dit ultrasone exfoliatieproces produceerde enkele gelaagde h-BN nanosheets, alsmede eenlaagse nanosheets en nanoribbon soorten. De meeste nanosheets waren van gereduceerde laterale maten, die werd toegeschreven aan het snijden van ouder h-BN vellen veroorzaakt door de sonicatie-geassisteerde hydrolyse (bevestigd door de ammoniak test en spectroscopie resultaten). De ultrasonisch geïnduceerde hydrolyse bevorderde ook de exfoliatie van h-BN nanosheets in assistentie aan het polariteitseffect van het oplosmiddel. De h-BN nanosheets in deze "schone" waterige dispersies vertoonden een goede verwerkbaarheid via oplossingsmethoden met behoud van hun fysische eigenschappen. De gedispergeerde h-BN nanosheets in water vertoonden ook een sterke affiniteit met eiwitten zoals ferritine, wat suggereert dat de nanosheet oppervlakken beschikbaar waren voor verdere bioconjugatie.

Ultrasone nano-dispersie met de ultrasonicator UP400St

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


De sonomechanische dispersiemethode met ultrasone cavitatie en afschuifkrachten is een zuiver fysische mengbenadering, waarvan is aangetoond dat ze BNNT's kan debundelen en individuele BNNT's kan stabiliseren met behoud van hun integriteit en intrinsieke eigenschappen. Bij toepassing van geschikte ultrasone energie (Ws/mL), d.w.z. aangepaste amplitude en sonicatieduur, kan ultrasone dispersie BNNTS ontwarren en uniform dispergeren. Hogere amplitudes en langere sonicatie kunnen worden toegepast als de lengte van de boornitride nanobuisjes moet worden gereduceerd. Lees meer over ultrasone maatverkleining en lengtesnijden van BNNTs in het volgende hoofdstuk.

Ultrasone groottevermindering en snijden van Boornitride nanobuisjes

De lengte van boornitride nanobuisjes speelt een cruciale rol bij de latere verwerking van BNNTs tot polymeren en andere gefunctionaliseerde materialen. Daarom is het een belangrijk gegeven dat sonicatie van de BNNTs in solvent niet alleen de BNNTs afzonderlijk kan scheiden, maar ook de met bamboe gestructureerde BNNTs kan inkorten onder gecontroleerde omstandigheden. De verkorte BNNTs hebben een veel lagere kans op bundeling tijdens composietbereiding.Lee at al. (2012) toonden aan dat de lengtes van gefunctionaliseerde BNNTs efficiënt kunnen worden verkort van >10µm tot ∼500nm door ultrasoonbehandeling. Hun experimenten suggereren dat effectieve ultrasone dispersie van BNNT in oplossing noodzakelijk is voor een dergelijke verkorting van de BNNT-grootte en het snijden.

Boron nitride nanotubes can be efficiently dispersed and reduced in length using high-intensity ultrasonication

(c) Goed gedispergeerde mPEG-DSPE/BNNT's in water (na 2 uur sonicatie). (d) Schematische weergave van een BNNT gefunctionaliseerd door een mPEG-DSPE-molecuul
(studie en foto: Lee et al. 2012)

Ultrasonic dispersion is a well established technique to disperse and exfoliate boron nitride nanotubes.

ultrasoon homogenisator UP400St voor de dispersie van boornitride-nanobuisjes (BNNT's)

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasooninstallaties met hoge prestaties voor BNNT-bewerking

De slimme functies van Hielscher ultrasoonapparaten zijn ontworpen om een betrouwbare werking, reproduceerbare resultaten en gebruiksvriendelijkheid te garanderen. Operationele instellingen kunnen eenvoudig worden opgeroepen en gekozen via een intuïtief menu, dat toegankelijk is via een digitaal kleuren touch-display en browser-afstandsbediening. Alle verwerkingscondities zoals netto energie, totale energie, amplitude, tijd, druk en temperatuur worden automatisch geregistreerd op een ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u eerdere sonicatiebewerkingen herzien en vergelijken en het exfoliatie- en dispersieproces van boornitride-nanobuisjes en nanomaterialen optimaliseren tot het hoogste rendement.
Hielscher ultrasoon systemen worden wereldwijd gebruikt voor de productie van BNNTs van hoge kwaliteit. Hielscher industriële ultrasooninstallaties kunnen gemakkelijk hoge amplitudes in continu bedrijf (24/7/365) uitvoeren. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden gegenereerd met standaard sonotrodes (ultrasone sondes / hoorns). Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotroden beschikbaar. Vanwege hun robuustheid en lage onderhoudskosten worden onze ultrasone exfoliatie- en dispersiesystemen vaak geïnstalleerd voor zware toepassingen en in veeleisende omgevingen.
Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag, 7 dagen per week. Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotrodes beschikbaar.
Hielscher ultrasoonprocessoren voor de dispersie en exfoliatie van boornitride-nanobuisjes en ook CNT's en grafeen zijn wereldwijd al op commerciële schaal geïnstalleerd. Neem nu contact met ons op om uw BNNT-productieproces te bespreken! Onze ervaren medewerkers geven u graag meer informatie over het exfoliatieproces, de ultrasone systemen en de prijzen!
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
1 tot 500 ml 10 tot 200 ml / min UP100H
10 tot 2000 ml 20 tot 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000hdT
na 10 tot 100 l / min UIP16000
na grotere cluster van UIP16000

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.

Literatuur / Referenties



Feiten die de moeite waard zijn om te weten

Boornitride nanobuizen en nanomaterialen

Boornitride-nanobuisjes hebben een unieke atomaire structuur die bestaat uit boor- en stikstofatomen die in een hexagonaal netwerk zijn gerangschikt. Deze structuur geeft BNNT talrijke uitstekende intrinsieke eigenschappen zoals superieure mechanische sterkte, hoge thermische geleidbaarheid, elektrisch isolerend gedrag, piëzo-elektrische eigenschappen, neutronenafscherming en oxidatiebestendigheid. De 5 eV bandkloof kan ook worden afgestemd met behulp van transversale elektrische velden, waardoor BNNTs interessant zijn voor elektronische apparaten. Bovendien hebben BNNTs een hoge oxidatieweerstand tot 800°C, vertonen ze uitstekende piëzo-elektriciteit en kunnen ze een goed materiaal zijn voor de opslag van waterstof bij kamertemperatuur.

BNNT's vs. grafeen: BNNT's zijn de structurele analogen van grafeen. Het belangrijkste verschil tussen nanomaterialen op basis van boornitride en hun tegenhangers op basis van koolstof is de aard van de bindingen tussen de atomen. De C-C binding in koolstof nanomaterialen heeft een zuiver covalent karakter, terwijl B-N bindingen een gedeeltelijk ionisch karakter hebben als gevolg van de e-paren in sp2 gehybridiseerd B-N. (cf. Emanet et al. 2019)

BNNT's vs. Koolstofnanobuizen: Boornitride nanobuizen (BNNT's) vertonen een soortgelijke buisvormige nanostructuur als koolstofnanobuizen (CNT's), waarin boor- en stikstofatomen in een hexagonaal netwerk zijn gerangschikt.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar industrieel formaat.