Nanorurki z azotku boru – Złuszczanie i dyspersja przy użyciu sonikacji

Ultradźwięki są z powodzeniem stosowane do przetwarzania i dyspersji nanorurek azotku boru (BNNTs). Sonikacja o wysokiej intensywności zapewnia jednorodne rozplątywanie i rozprowadzanie w różnych roztworach, a tym samym jest kluczową techniką przetwarzania w celu wprowadzenia BNNT do roztworów i matryc.

Ultradźwiękowa obróbka nanorurek z azotku boru (Boron Nitride Nanotubes)

Aby wprowadzić nanorurki azotku boru (BNNT) lub nanostruktury azotku boru (BNN), takie jak nanosiatki i nanoribony do roztworów ciekłych lub matryc polimerowych, wymagana jest wydajna i niezawodna technika dyspersji. Dyspersja ultradźwiękowa zapewnia wymaganą energię do złuszczania, rozplątywania, dyspersji i funkcjonalizacji nanorurek i nanostruktur azotku boru z wysoką wydajnością. Precyzyjnie regulowane parametry obróbki ultradźwiękowej o wysokiej intensywności (tj. energia, amplituda, czas, temperatura i ciśnienie) pozwalają na indywidualne dostosowanie warunków obróbki do założonego celu procesu. Oznacza to, że intensywność ultradźwięków może być dostosowana do konkretnej formulacji (jakość BNNTs, rozpuszczalnik, stężenie ciało stałe-ciecz itp.), co pozwala uzyskać optymalne rezultaty.

Nanorurki z azotku boru (BNNTs) mogą być syntetyzowane metodą sonikacji

Ultradźwiękowa droga do syntezy nanokubków z azotku boru
(opracowanie i grafika: Yu et al. 2012)

Zastosowania ultradźwiękowej obróbki BNNT i BNNs obejmują pełen zakres od homogenicznej dyspersji dwuwymiarowych nanostruktur azotku boru (2D-BNNs), do ich funkcjonalizacji i chemicznej eksfoliacji jednowarstwowego heksagonalnego azotku boru. Poniżej przedstawiamy szczegóły dotyczące ultradźwiękowej dyspersji, eksfoliacji i funkcjonalizacji BNNTs i BNNs.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Dyspersja nanorurek z azotku boru za pomocą ultradźwięków o wysokiej intensywności firmy Hielscher Ultrasonics

Instalacja dyspenserów ultradźwiękowych (2x UIP1000hdT) do przetwarzania nanorurek z azotku boru na skalę przemysłową

Ultradźwiękowa dyspersja nanorurek z azotku boru

Kiedy nanorurki azotku boru (BNNTs) są używane do wzmacniania polimerów lub do syntezy nowych materiałów, wymagana jest jednolita i niezawodna dyspersja w matrycy. Dyspergatory ultradźwiękowe są szeroko stosowane do dyspersji nano materiałów, takich jak CNTs, nanocząstki metaliczne, cząstki typu core-shell i inne rodzaje nano cząstek do drugiej fazy.
Dyspersja ultradźwiękowa została z powodzeniem zastosowana do rozplątywania i równomiernego rozprowadzania BNNT w roztworach wodnych i niewodnych, w tym w etanolu, etanolu PVP, etanolu TX100, a także w różnych polimerach (np. poliuretanach).
Powszechnie stosowanym środkiem powierzchniowo czynnym do stabilizacji ultradźwiękowo przygotowanej dyspersji BNNT jest 1% roztwór dodecylosiarczanu sodu (SDS). Na przykład, 5 mg BNNT jest dyspergowane ultradźwiękowo w fiolce z 5 mL 1%wt. SDS przy użyciu dyspergatora ultradźwiękowego typu sonda, takiego jak np. UP200St (26kHz, 200W).

Dyspersja BNNTs w wodzie przy użyciu ultradźwięków

Ze względu na silne interakcje van der Waalsa i hydrofobową powierzchnię, nanorurki z azotku boru są słabo dyspergowalne w roztworach wodnych. Aby rozwiązać te problemy, Jeon et al. (2019) użyli Pluronic P85 i F127, które mają zarówno grupy hydrofilowe, jak i hydrofobowe, aby funkcjonalizować BNNT pod sonikacją.

Redukcja długości i cięcie nanorurek z azotku boru (BNNTs) za pomocą ultradźwięków o wysokiej intensywności

Obrazy SEM skróconych BNNTs po różnych czasach sonikacji. Jak widać, długości tych BNNTs zmniejszają się wraz ze wzrostem czasu sonikacji.
(opracowanie i zdjęcie: Lee et al. 2012)

Bezsurfaktantowa eksfoliacja nanoszkieletów azotku boru za pomocą sonikacji

Lin et al. (2011) przedstawiają czystą metodę eksfoliacji i dyspersji heksagonalnego azotku boru (h-BN). Sześciokątny azotek boru jest tradycyjnie uważany za nierozpuszczalny w wodzie. Jednakże, udało im się wykazać, że woda jest skuteczna do złuszczania warstwowych struktur h-BN za pomocą ultradźwięków, tworząc "czyste" wodne dyspersje nanoszkieletów h-BN bez użycia środków powierzchniowo czynnych lub funkcjonalizacji organicznej. W procesie eksfoliacji ultradźwiękowej otrzymano zarówno kilkuwarstwowe nano-arkusze h-BN, jak i monowarstwowe nano-arkusze i nanowłókna. Większość nanoszkieletów miała zredukowane rozmiary poprzeczne, co przypisano cięciu macierzystych arkuszy h-BN wywołanemu przez hydrolizę wspomaganą sonikacją (potwierdzone testem amoniakalnym i wynikami spektroskopii). Ultradźwiękowo indukowana hydroliza również promowała eksfoliację arkuszy h-BN, wspomagając efekt polarności rozpuszczalnika. Nanosieci h-BN w tych "czystych" dyspersjach wodnych wykazywały dobrą przetwarzalność metodami roztworowymi, zachowując swoje właściwości fizyczne. Zdyspergowane w wodzie nano-arkusze h-BN wykazywały również silne powinowactwo do białek takich jak ferrytyna, co sugeruje, że powierzchnie nano-arkuszy są dostępne dla dalszych bio-koniugacji.

Ultradźwiękowiec UP200St (200W) dyspergujący sadzę w wodzie z użyciem 1%wt Tween80 jako środka powierzchniowo czynnego.

Ultradźwiękowa dyspersja sadzy przy użyciu ultradźwiękowca UP200St

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Metoda dyspersji sono-mechanicznej wykorzystująca kawitację ultradźwiękową i siły ścinające jest czysto fizyczną metodą mieszania, która okazała się zdolna do usuwania BNNTs i stabilizacji pojedynczych BNNTs przy zachowaniu ich integralności i właściwości wewnętrznych. Stosując odpowiednią energię ultradźwięków (Ws/mL), tj. dostosowaną amplitudę i czas sonikacji, dyspersja ultradźwiękowa może rozplątywać i równomiernie rozpraszać BNNT. Wyższe amplitudy i dłuższy czas sonikacji można zastosować w przypadku konieczności zmniejszenia długości nanorurek z azotku boru. Więcej o ultradźwiękowym zmniejszaniu rozmiaru i skracaniu długości BNNTs przeczytasz w następnym rozdziale.

Ultradźwiękowe zmniejszanie rozmiaru i cięcie nanorurek z azotku boru

Długość nanorurek z azotku boru odgrywa kluczową rolę w późniejszym przetwarzaniu BNNTs w polimery i inne funkcjonalizowane materiały. Dlatego ważnym faktem jest, że sonikacja BNNTs w rozpuszczalniku może nie tylko oddzielić BNNTs indywidualnie, ale również skrócić bambusową strukturę BNNTs w kontrolowanych warunkach. Lee i wsp. (2012) wykazali, że długość funkcjonalizowanych BNNTs może być efektywnie skrócona z >10µm do ∼500nm poprzez zastosowanie ultradźwięków. Ich eksperymenty sugerują, że efektywna ultradźwiękowa dyspersja BNNT w roztworze jest niezbędna do takiego cięcia i redukcji rozmiaru BNNT.

Nanorurki z azotku boru można efektywnie dyspergować i redukować ich długość stosując ultradźwięki o wysokiej intensywności

(c) Dobrze rozdrobnione mPEG- DSPE/BNTs w wodzie (po 2 h sonikacji). (d) Schematyczna reprezentacja BNNT funkcjonalizowanego cząsteczką mPEG-DSPE (rys. 2).
(opracowanie i zdjęcie: Lee et al. 2012)

Dyspersja ultradźwiękowa jest dobrze znaną techniką dyspersji i eksfoliacji nanorurek z azotku boru.

homogenizator ultradźwiękowy UP400St do dyspersji nanorurek z azotku boru (BNNTs)

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Wysokowydajne ultradźwiękowce do przetwarzania BNNT

Inteligentne funkcje ultradźwiękowych urządzeń firmy Hielscher gwarantują niezawodną pracę, powtarzalne wyniki i łatwość obsługi. Ustawienia robocze są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, dostępnego za pomocą cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego i zdalnego sterowania przez przeglądarkę. Wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na weryfikację i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz na optymalizację procesu eksfoliacji i dyspersji nanorurek i nanomateriałów z azotku boru z najwyższą wydajnością.
Ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher są stosowane na całym świecie do produkcji wysokiej jakości BNNT. Ultradźwiękowe urządzenia przemysłowe firmy Hielscher mogą bez problemu pracować w trybie ciągłym (24/7/365) z wysokimi amplitudami. Amplitudy do 200µm mogą być łatwo generowane w sposób ciągły za pomocą standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych / tub). Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Ze względu na ich solidność i niskie koszty utrzymania, nasze ultradźwiękowe systemy eksfoliacji i dyspersji są powszechnie instalowane do ciężkich zastosowań i w wymagających środowiskach.
Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są indywidualne sondy ultradźwiękowe.
Ultradźwiękowe procesory firmy Hielscher do dyspersji i eksfoliacji nanorurek z azotku boru, CNT i grafenu są już zainstalowane na całym świecie w skali komercyjnej. Skontaktuj się z nami teraz, aby omówić Twój proces produkcji BNNT! Nasi doświadczeni pracownicy chętnie podzielą się z Państwem informacjami na temat procesu eksfoliacji, systemów ultradźwiękowych i cen!
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe

Fakty Warto wiedzieć

Nanorurki i nanomateriały z azotku boru

Nanorurki z azotku boru posiadają unikalną strukturę atomową składającą się z atomów boru i azotu ułożonych w sieć heksagonalną. Struktura ta nadaje BNNT wiele doskonałych właściwości wewnętrznych, takich jak doskonała wytrzymałość mechaniczna, wysoka przewodność cieplna, właściwości izolacyjne, właściwości piezoelektryczne, zdolność ekranowania neutronów i odporność na utlenianie. Szczelina pasmowa o wartości 5 eV może być również regulowana za pomocą poprzecznych pól elektrycznych, co czyni BNNTs interesującymi dla urządzeń elektronicznych. Ponadto, BNNTs mają wysoką odporność na utlenianie do 800°C, wykazują doskonałą piezoelektryczność i mogą być dobrym materiałem do przechowywania wodoru w temperaturze pokojowej.

BNNTs vs Grafen: BNNTs są strukturalnymi analogami grafenu. Główna różnica pomiędzy nanomateriałami opartymi na azotku boru a ich węglowymi odpowiednikami polega na charakterze wiązań pomiędzy atomami. Wiązanie C-C w nanomateriałach węglowych ma charakter czysto kowalencyjny, podczas gdy wiązania B-N mają charakter częściowo jonowy ze względu na występowanie par e w zhybrydyzowanych sp2 B-N. (por. Emanet et al. 2019)

BNNTs vs. Nanorurki węglowe: Nanorurki azotku boru (BNNTs) wykazują podobną do nanorurek węglowych (CNTs) rurkową nanostrukturę, w której atomy boru i azotu ułożone są w heksagonalną sieć.

Xeny: Kseny to dwuwymiarowe, jednoelementowe nanomateriały. Wyróżniającymi się przykładami są borofen, galenen, siliken, german, stanen, fosforen, arsen, antymonen, bizmuten, telluryn i selen. Kseny charakteryzują się niezwykłymi właściwościami materiałowymi, dzięki którym mogą przełamać ograniczenia związane z praktycznymi zastosowaniami innych materiałów 2D. Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym złuszczaniu ksenów!


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.