Nanotubos de nitreto de boro – Esfoliado e disperso usando sonicação

A ultrassonografia é aplicada com sucesso ao processamento e dispersão de nanotubos de nitreto de boro (BNNTs). A sonicação de alta intensidade fornece desemaranhamento e distribuição homogêneos em várias soluções e, portanto, é uma técnica de processamento crucial para incorporar BNNTs em soluções e matrizes.

Processamento ultrassônico de nanotubos de nitreto de boro

Para incorporar nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) ou nanoestruturas de nitreto de boro (BNNs), como nanofolhas e nanofitas, em soluções líquidas ou matrizes poliméricas, é necessária uma técnica de dispersão eficiente e confiável. A dispersão ultrassônica fornece a energia necessária para esfoliar, desembaraçar, dispersar e funcionalizar nanotubos de nitreto de boro e nanoestruturas de nitreto de boro com alta eficiência. Os parâmetros de processamento precisamente controláveis do ultrassom de alta intensidade (ou seja, energia, amplitude, tempo, temperatura e pressão) permitem ajustar individualmente as condições de processamento ao objetivo do processo desejado. Isso significa que a intensidade ultrassônica pode ser ajustada em relação à formulação específica (qualidade dos BNNTs, solvente, concentração sólido-líquido, etc.), obtendo assim ótimos resultados.

As aplicações do processamento ultrassônico de BNNT e BNN cobrem toda a gama, desde a dispersão homogênea de nanoestruturas bidimensionais de nitreto de boro (2D-BNNs), até sua funcionalização e esfoliação química de nitreto de boro hexagonal de monocamada. Abaixo, apresentamos os detalhes sobre dispersão ultrassônica, esfoliação e funcionalização de BNNTs e BNNs.

Dispersão ultrassônica de nanotubos de nitreto de boro

Quando os nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) são usados para reforçar polímeros ou sintetizar novos materiais, é necessária uma dispersão uniforme e confiável na matriz. Os dispersores ultrassônicos são amplamente utilizados para dispersar nanomateriais, como CNTs, nanopartículas metálicas, partículas de casca de núcleo e outros tipos de nanopartículas em uma segunda fase.
A dispersão ultrassônica foi aplicada com sucesso para desembaraçar e distribuir BNNTs uniformemente em soluções aquosas e não aquosas, incluindo etanol, etanol PVP, etanol TX100, bem como vários polímeros (por exemplo, poliuretano).
Um surfactante comumente usado para estabilizar uma dispersão de BNNT preparada por ultrassom é uma solução de dodecil sulfato de sódio (SDS) a 1% em peso. Por exemplo, 5 mg de BNNTs são dispersos por ultrassom em um frasco com 5 mL de 1% em peso. Solução SDS usando um dispersor do tipo sonda ultrassônica, como o UP200St (26kHz, 200W).

Dispersão aquosa de BNNTs usando ultrassom

Devido às suas fortes interações de van der Waals e superfície hidrofóbica, os nanotubos de nitreto de boro são pouco dispersíveis em soluções à base de água. Para resolver esses problemas, Jeon et al. (2019) usaram Pluronic P85 e F127, que possuem grupos hidrofílicos e grupos hidrofóbicos para funcionalizar BNNT sob sonicação.

Esfoliação sem surfactante de nanofolhas de nitreto de boro usando sonicação

Lin et al. (2011) apresentam um método limpo de esfoliação e dispersão de nitreto de boro hexagonal (h-BN). O nitreto de boro hexagonal é tradicionalmente considerado insolúvel em água. No entanto, eles foram capazes de demonstrar que a água é eficaz para esfoliar as estruturas h-BN em camadas usando ultrassom, formando dispersões aquosas "limpas" de nanofolhas de h-BN sem o uso de surfactantes ou funcionalização orgânica. Este processo de esfoliação ultrassônica produziu nanofolhas de h-BN de poucas camadas, bem como espécies de nanofolhas e nanofitas monocamadas. A maioria das nanofolhas era de tamanhos laterais reduzidos, o que foi atribuído ao corte das folhas de h-BN induzidas pela hidrólise assistida por sonicação (corroborada pelos resultados do teste de amônia e da espectroscopia). A hidrólise induzida por ultrassom também promoveu a esfoliação de nanofolhas de h-BN em auxílio ao efeito de polaridade do solvente. As nanofolhas de h-BN nessas dispersões aquosas "limpas" exibiram boa processabilidade por meio de métodos de solução, mantendo suas características físicas. As nanofolhas de h-BN dispersas em água também exibiram forte afinidade por proteínas como a ferritina, sugerindo que as superfícies das nanofolhas estavam disponíveis para outras bioconjugações.

O método de dispersão sonomecânica usando cavitação ultrassônica e forças de cisalhamento é uma abordagem de mistura puramente física, que provou ser capaz de desagrupar BNNTs e estabilizar BNNTs individuais, mantendo sua integridade e propriedades intrínsecas. Aplicando energia ultrassônica adequada (Ws / mL), ou seja, amplitude ajustada e duração da sonicação, a dispersão ultrassônica pode desembaraçar e dispersar BNNTS uniformemente. Amplitudes mais altas e sonicação mais longa podem ser aplicadas se o comprimento dos nanotubos de nitreto de boro for reduzido. Leia mais sobre redução de tamanho ultrassônico e corte de comprimento de BNNTs na próxima seção.

Redução ultrassônica do tamanho e corte de nanotubos do nitreto do boro

The length of boron nitride nanotubes plays a crucial role when it comes to the subsequent processing of BNNTs into polymers and other functionalized materials. Therefore it is an important fact that sonication of the BNNTs in solvent could not only separate BNNTs individually, but also shorten the bamboo structured BNNTs under controlled conditions. The shortened BNNTs have a much lower chance of bundling during composite preparation.Lee at al. (2012) demonstrated that the lengths of functionalized BNNTs can be efficiently shortened from >10µm to ∼500nm by ultrasonication. Their experiments suggest that effective ultrasonic dispersion of BNNT in solution is necessary for such cutting of BNNT size reduction and cutting.

Ultrassonicadores de alto desempenho para processamento BNNT

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