Ultrasone borofeen synthese op industriële schaal

Borofeen, een tweedimensionaal nanogestructureerd derivaat van boor, kan efficiënt gesynthetiseerd worden via een gemakkelijke en goedkope ultrasone exfoliatie. Ultrasone vloeistoffase-exfoliatie kan worden gebruikt om grote hoeveelheden borofeen-nanosheets van hoge kwaliteit te produceren. De ultrasone exfoliatie techniek wordt veel gebruikt voor de productie van 2D nanomaterialen (b.v. grafeen) en is bekend om zijn voordelen van hoge kwaliteit nanosheets, hoge opbrengsten, snelle en gemakkelijke werking, alsmede de algehele efficiëntie.

Ultrasone afschilferingsmethode voor de bereiding van borofeen

Probe-type ultrasonicators are the preferred method for efficient borophene exfoliation.Ultrasonisch gestuurde vloeibare fase exfoliatie wordt veel gebruikt om 2D nanosheets te bereiden uit verschillende bulk precursoren waaronder grafiet (grafeen), borium (borofeen) en andere. Vergeleken met de chemische exfoliatie techniek, is de ultrasoon-assisted vloeibare fase exfoliatie beschouwd als de meer veelbelovende strategie om 0D en 2D nanostructuren zoals borium quantum dots (BQDs) en borofeen voor te bereiden. (cf. Wang et al., 2021)
Het schema links toont het ultrasone vloeibare exfoliatieproces bij lage temperatuur van 2D borofeenvellen van enkele lagen. (Studie en foto: ©Lin et al., 2021.)

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic reactor for large scale borophene exfoliation. The stainless steel reactor is equipped with a powerful industrial 2000 watts ultrasonicator (20kHz).

Sonochemische reactor uitgerust met een 2000 Watt industriële ultrasone processor UIP2000hdT voor grootschalige borofeenexfoliatie.

Gevalstudies van ultrasone borofeenexfoliatie

Het exfoliëren en delamineren met behulp van ultrageluid in een vloeibaar-fase-proces is uitgebreid bestudeerd en met succes toegepast op borofeen en andere boriumderivaten zoals boriumkwantumstippen, boriumnitride of magnesiumdiboride.

α-Borofeen

In de studie van Göktuna en Taşaltın (2021) werd α-borofeen bereid via een gemakkelijke en goedkope ultrasone exfoliatie. De ultrasoon gesynthetiseerde borofeen nanosheets vertonen een α borofeen kristallijne structuur.
Protocol: 100 mg boormicrodeeltjes werden gesoneerd in 100 ml DMF bij 200 W (bv. met de UP200St met S26d14) gedurende 4 uur in een stikstofcel (N2) stroomgecontroleerde cabine om oxidatie tijdens het ultrasone vloeibare-fase-exfoliatieproces te voorkomen. De oplossing van geëxfolieerde boriumdeeltjes werd gecentrifugeerd met respectievelijk 5000 rpm en 12.000 rpm gedurende 15 min, waarna borofeen zorgvuldig werd verzameld en gedroogd in een vacuümomgeving gedurende 4 uur bij 50ºC. (cf. Göktuna en Taşaltın, 2021)

Process steps of borophene exfoliation using the ultrasonic delamination technique

Schematische voorstelling van borofeen met enkele lagen geëxfolieerd door het sonde-ultrasoon geassisteerde solvothermische behandelingsproces.
Studie en foto: ©Zhang et al., 2020

Borofeen van enkele lagen

Zhang et al. (2020) rapporteren een aceton solvothermische vloeibare fase exfoliatie techniek, die de productie van hoge kwaliteit borofeen met grote horizontale grootte mogelijk maakt. Door gebruik te maken van het zwellingseffect van aceton werd de boorpoederprecursor eerst nat gemaakt in aceton. Vervolgens werd de bevochtigde boorprecursor verder solvothermisch behandeld in aceton bij 200ºC, gevolgd door sonicatie met een sonde-type sonicator bij 225 W gedurende 4 uur. Uiteindelijk werd borofeen verkregen met enkele lagen borium en een horizontale grootte tot 5,05 mm. De aceton solvothermisch-ondersteunde vloeibare fase exfoliatie techniek kan worden gebruikt om borium nanosheets te bereiden met grote horizontale afmetingen en van hoge kwaliteit. (cf. Zhang et al., 2020)
Wanneer het XRD-patroon van het ultrasoon geëxfolieerde borofeen wordt vergeleken met de boorprecursor in bulk, kan een vergelijkbaar XRD-patroon worden waargenomen. De meeste belangrijke diffractiepieken kunnen worden geïndexeerd op de b-rhombohedrale boor, wat suggereert dat de kristallijne structuur voor en na de exfoliatiebehandeling vrijwel behouden is gebleven.

Ultrasonically exfoliated borophene

SEM-beelden met lage resolutie (a) en hoge resolutie (b) van borofeen met enkele lagen verkregen door ultrasoon-geassisteerde solvothermische exfoliatie in aceton
Studie en foto: ©Zhang et al., 2020

The ultrasonic exfoliation process of borophene preserves its crystalline structure.

XRD patronen (a) en Raman spectra (b) van onbehandeld bulk borium en borofeen met enkele lagen verkregen door sonde ultrasoon geassisteerde solvothermische exfoliatie.
Studie en foto: ©Zhang et al., 2020

Sonochemische synthese van Boron Quantum Dots

Hao et al. (2020) hebben met succes grootschalige en uniforme kristallijne halfgeleider-boorkwantumdots (BQD's) bereid uit geëxpandeerd boorpoeder in acetonitril, een zeer polair organisch oplosmiddel, met behulp van een krachtige sonde-type ultrasoneator (bv, UP400St, UIP500hdT of UIP1000hdT). De gesynthetiseerde borium quantum dots met 2,46 ±0,4 nm in laterale grootte en 2,81 ±0,5 nm in dikte.
Protocol: Bij een typische bereiding van boorkwantumstippen werd eerst 30 mg boorpoeder in een driehalskolf toegevoegd en vervolgens werd 15 ml acetonitril in de fles gedaan vóór het ultrasoonprocédé. De exfoliatie werd uitgevoerd bij een uitgangsvermogen van 400 W (bv. met behulp van de UIP500hdT), een frequentie van 20 kHz en een ultrasoontijd van 60 minuten. Om oververhitting van de oplossing tijdens de ultrasoonbehandeling te voorkomen, werd koeling met behulp van een ijsbad of laboratoriumkoeler toegepast om een constante temperatuur te verkrijgen. De resulterende oplossing werd gecentrifugeerd bij 1500 omwentelingen per minuut gedurende 60 minuten. Het supernatans met boorkwantumstippen werd voorzichtig geëxtraheerd. Alle experimenten werden uitgevoerd bij kamertemperatuur. (cf. Hao et al., 2020)
In de studie van Wang et al. (2021), bereiden de onderzoekers boorkwantumstippen voor met behulp van de ultrasone vloeibare fase-exfoliatietechniek. Zij verkregen monodispersed boron quantum dot met een smalle grootteverdeling, uitstekende dispergeerbaarheid, hoge stabiliteit in IPA oplossing, en twee-foto fluorescentie.

Ultrasonically synthesized boron quantum dots.

TEM-beelden en de bijbehorende diameterdistributie van de BQD's bereid onder verschillende ultrasone condities. (a) TEM-beeld van BQDs-2 gesynthetiseerd bij 400 W gedurende 2 uur. (b) TEM-beeld van BQDs-3 gesynthetiseerd bij 550 W gedurende 1 uur. (c) TEM-beeld van BQDs-3 gesynthetiseerd bij 400 W gedurende 4 uur. (d) Diameterverdeling van de quantum dots verkregen uit (a). (e) Diameterverdeling van de kwantumstippen, verkregen uit (b). (f) Diameterverdeling van de quantum dots verkregen uit (c).
Studie en foto: ©Hao et al., 2020

Ultrasone afschilfering van magnesiumdiboride nanosheets

Het exfoliatieproces werd uitgevoerd door 450 mg magnesiumdiboride
(MgB2) poeder (ongeveer 100 maaswijdte / 149 micron) in 150 ml water en wordt het gedurende 30 minuten aan ultrasoonbehandeling blootgesteld. De ultrasone peeling kan worden uitgevoerd met een ultrasoon toestel van het sondetype, zoals het Uf200 ः t of UP400St met een amplitude van 30% en een cyclus van 10sec aan/uit pulsen. De ultrasone afschilfering resulteert in een donkerzwarte suspensie. De zwarte kleur kan worden toegeschreven aan de kleur van ongerept MgB2-poeder.

Ultrasoonapparaat UP200St (200W) exfolieert borofeen in acetonitril

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic graphene exfoliation in water

Een reeks ultrasnelle beelden (van a tot f) ter illustratie van de sonomechanische afschilfering van een grafietschilfer in water met behulp van de UP200S, een 200W ultrasoon apparaat met 3mm sonotrode. Pijlen tonen de plaats van splitsing (exfoliatie) met cavitatiebelletjes die in de spleet doordringen.
© Tyurnina et al. 2020

Krachtige ultrasoonapparaten voor afbraak van borofeen op elke schaal

Hielscher ultrasonicators can be remotely controlled via browser control. Sonication parameters can be monitored and adjusted precisely to the process requirements.Hielscher Ultrasonics ontwerpt, fabriceert en distribueert robuuste en betrouwbare ultrasoonapparaten van elk formaat. Van compacte ultrasone apparaten voor laboratoria tot industriële ultrasone sondes en reactoren, Hielscher heeft het ideale ultrasone systeem voor uw proces. Met onze jarenlange ervaring in toepassingen zoals nanosynthese en -dispersie, kunnen onze goed opgeleide medewerkers u de meest geschikte opstelling voor uw eisen aanbevelen. Hielscher industriële ultrasoonprocessoren staan bekend als betrouwbare werkpaarden in industriële installaties. Hielscher ultrasoon processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren en zijn daarom ideaal voor hoogwaardige toepassingen zoals borofeen- of grafeenexfoliatie en nanomateriaaldispersies. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotroden beschikbaar.
Alle apparatuur wordt ontworpen en vervaardigd in ons hoofdkwartier in Duitsland. Vóór levering aan de klant wordt elk ultrasoon apparaat zorgvuldig getest onder volledige belasting. Wij streven naar klanttevredenheid en onze productie is zodanig gestructureerd dat wordt voldaan aan de hoogste kwaliteitswaarborging (bijv. ISO-certificering).

Waarom Hielscher Ultrasonics?

  • hoge efficiëntie
  • State-of-the-art technologie
  • betrouwbaarheid & robuustheid
  • partij & in lijn
  • voor elk volume
  • intelligente software
  • slimme functies (b.v. gegevensprotocollering)
  • CIP (clean-in-place)

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

Borofeen

Borofeen is een kristallijne atomaire monolaag van boor, d.w.z. het is een tweedimensionale allotroop van boor (ook boor-nanosheet genoemd). De unieke fysische en chemische eigenschappen maken borofeen tot een waardevol materiaal voor talrijke industriële toepassingen.
De uitzonderlijke fysische en chemische eigenschappen van borofeen omvatten unieke mechanische, thermische, elektronische, optische en supergeleidende facetten.
Dit opent mogelijkheden voor het gebruik van borofeen voor toepassingen in alkalimetaalionbatterijen, Li-S-batterijen, waterstofopslag, supercondensatoren, zuurstofreductie en -evolutie, alsmede CO2-elektroreductie. Bijzonder veel belangstelling gaat uit naar borofeen als anodemateriaal voor batterijen en als materiaal voor waterstofopslag. Door de hoge theoretische specifieke capaciteiten, elektronische geleidbaarheid en ionentransport eigenschappen, komt borofeen in aanmerking als een uitstekend anodemateriaal voor batterijen. Door de hoge adsorptiecapaciteit van waterstof aan borofeen biedt het grote mogelijkheden voor de opslag van waterstof - met een opslagcapaciteit van meer dan 15% van zijn gewicht.

Borofeen voor waterstofopslag

Twee-dimensionale (2D) borium-gebaseerde materialen krijgen veel aandacht als H2 opslag media als gevolg van de lage atomaire massa van boor en de stabiliteit van het versieren van alkalimetalen op het oppervlak, die de interacties met H2 te verbeteren. Twee-dimensionale borofeen nanosheets, die gemakkelijk kunnen worden gesynthetiseerd met behulp van ultrasone vloeistof-fase exfoliatie zoals hierboven beschreven, hebben aangetoond een goede affiniteit voor verschillende metalen-decoreren atomen, waarin clustering van metaalatomen kan optreden. Met behulp van een verscheidenheid van metalen decoraties, zoals Li, Na, Ca, en Ti op verschillende borofeen polymorfen, indrukwekkende H2 gravimetrische dichtheden zijn verkregen variërend van 6 tot 15 wt %, meer dan het Amerikaanse ministerie van energie (DOE) eis voor aan boord opslag van 6,5wt% H2. (cf. Habibi et al., 2021)


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.


(function ($) { const $searchForms = $('form[role="search"].hi-sf'); $.each($searchForms, function (index, searchForm) { const $searchForm = $(searchForm); const label = $searchForm.find('.hi-sf__lab').text(); $searchForm.find('.hi-sf__in').attr('placeholder', label); }); }(jQuery));