nanotubos de nitreto de boro – Esfoliado e disperso por Sonicação

Ultrasonication é aplicado com sucesso para o processamento e dispersão de nanotubos de nitreto de boro (BNNTs). A sonicação de alta intensidade fornece desembaraço homogéneo e distribuição em várias soluções e é, portanto, uma técnica de processamento crucial para incorporar BNNTs em soluções e matrizes.

Processamento ultrassónico de nanotubos de nitreto de boro

A fim de incorporar nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) ou nanoestruturas de nitreto de boro (BNNs), tais como nanofolhas e nanofitas em soluções líquidas ou matrizes poliméricas, é necessária uma técnica de dispersão eficiente e fiável. A dispersão ultra-sónica fornece a energia necessária para esfoliar, desembaraçar, dispersar e funcionalizar nanotubos de nitreto de boro e nanoestruturas de nitreto de boro com elevada eficiência. Os parâmetros de processamento precisamente controláveis dos ultra-sons de alta intensidade (ou seja, energia, amplitude, tempo, temperatura e pressão) permitem ajustar individualmente as condições de processamento ao objetivo do processo pretendido. Isto significa que a intensidade dos ultra-sons pode ser ajustada em função da formulação específica (qualidade dos BNNTs, solvente, concentração sólido-líquido, etc.), obtendo-se assim resultados óptimos.

As aplicações de BNNT ultrassom e processamento BNN cobrir toda a gama desde a dispersão homogênea de nanoestruturas de nitreto de boro bidimensionais (2D-BNNs), a sua funcionalização e esfoliação química de nitreto de boro hexagonal mono-camada. Abaixo, apresentamos os detalhes sobre dispersão ultra-sônica, esfoliação e funcionalização de BNNTs e BNNs.

Dispersão ultra-sónica de nanotubos de nitreto de boro

Quando os nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) são utilizados para reforçar polímeros ou para sintetizar novos materiais, é necessária uma dispersão uniforme e fiável na matriz. Os dispersores ultra-sónicos são amplamente utilizados para dispersar nano materiais, tais como CNTs, nanopartículas metálicas, partículas core-shell e outros tipos de nano partículas numa segunda fase.
A dispersão ultra-sónica tem sido 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 comum usado para estabilizar uma dispersão BNNT ultrassonicamente preparada é uma solução de dodecil sulfato de sódio (SDS) de 1%wt. Por exemplo, 5 mg de BNNTs são ultrasonicamente dispersos em um frasco com 5 mL de 1%wt. SDS usando um dispersor do tipo sonda ultra-sónica, tal 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 tensioactivos de nanofolhas de nitreto de boro utilizando a sonicação

Lin et al. (2011) apresentam um método limpo de esfoliação e dispersão de nitreto de boro hexagonal (h-BN). Tradicionalmente, o nitreto de boro hexagonal é 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 h-BN sem o uso de surfactantes ou funcionalização orgânica. Este processo de esfoliação ultra-sónica produziu nanofolhas de h-BN com poucas camadas, bem como espécies de nanofolhas e nanoribras monocamadas. A maioria das nanofolhas eram de tamanhos laterais reduzidos, o que foi atribuído ao corte de folhas de h-BN pai induzidas pela hidrólise assistida por sonicação (corroborada pelo teste de amoníaco e resultados de espetroscopia). A hidrólise induzida por ultra-sons também promoveu a esfoliação de nanofolhas de h-BN em assistência ao efeito de polaridade do solvente. As nanofolhas de h-BN nestas dispersões aquosas "limpas" exibiram boa processabilidade através de métodos de solução, mantendo as suas caraterísticas físicas. As nanofolhas de h-BN dispersas em água também exibiram uma forte afinidade com proteínas como a ferritina, sugerindo que as superfícies das nanofolhas estavam disponíveis para outras bio-conjugações.

O método de dispersão sono-mecânica que utiliza cavitação ultra-sónica e forças de cisalhamento é uma abordagem de mistura puramente física, que provou ser capaz de desbundar BNNTs e estabilizar BNNTs individuais, mantendo a sua integridade e propriedades intrínsecas. Aplicando energia ultra-sónica adequada (Ws/mL), ou seja, amplitude ajustada e duração da sonicação, a dispersão ultra-sónica 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 deve ser reduzido. Leia mais sobre redução de tamanho ultra-sônico e corte de comprimento de BNNTs na próxima seção.

Redução ultra-sónica do tamanho e corte de nanotubos de nitreto de 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.

Ultrasonicators de alto desempenho para processamento de BNNT

As caraterísticas inteligentes dos ultrassons Hielscher foram concebidas para garantir um funcionamento fiável, resultados reprodutíveis e facilidade de utilização. As definições operacionais podem ser facilmente acedidas e marcadas através de um menu intuitivo, que pode ser acedido através de um ecrã tátil digital a cores e de um controlo remoto via browser. Assim, todas as condições de processamento, como a energia líquida, a energia total, a amplitude, o tempo, a pressão e a temperatura são automaticamente registadas num cartão SD incorporado. Isto permite-lhe rever e comparar execuções de sonicação anteriores e otimizar o processo de esfoliação e dispersão de nanotubos de nitreto de boro e nanomateriais para a mais alta eficiência.
Os sistemas de ultra-sons da Hielscher são utilizados em todo o mundo para o fabrico de BNNTs de alta qualidade. Hielscher ultrasonicators industriais podem facilmente executar altas amplitudes em operação contínua (24/7/365). Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente geradas continuamente com sonotrodos padrão (sondas ultra-sônicas / chifres). Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. Devido à sua robustez e baixa manutenção, os nossos sistemas de esfoliação e dispersão ultra-sónicos são normalmente instalados para aplicações pesadas e em ambientes exigentes.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados.
Processadores ultra-sônicos Hielscher para a dispersão e esfoliação de nanotubos de nitreto de boro, bem como CNTs e grafeno já estão instalados em todo o mundo em escala comercial. Contacte-nos agora para discutir o seu processo de fabrico de BNNT! O nosso pessoal experiente terá todo o prazer em partilhar mais informações sobre o processo de esfoliação, sistemas de ultra-sons e preços!
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: