Nanotuburi de nitrură de bor – Exfoliat și dispersat folosind sonicare

Ultrasonication este aplicat cu succes la prelucrarea și dispersia nanotuburilor de nitrură de bor (BNNTs). Sonicare de înaltă intensitate oferă descurcare omogenă și distribuție în diferite soluții și este, prin urmare, o tehnică crucială de procesare pentru a încorpora BNNTs în soluții și matrice.

Prelucrarea cu ultrasunete a nanotuburilor de nitrură de bor

Pentru a încorpora nanotuburi de nitrură de bor (BNNT) sau nanostructuri de nitrură de bor (BNN), cum ar fi nanofoile și nanopanglicile, în soluții lichide sau matrice polimerice, este necesară o tehnică de dispersie eficientă și fiabilă. Dispersia cu ultrasunete oferă energia necesară pentru exfolierea, descurcarea, dispersarea și funcționalizarea nanotuburilor de nitrură de bor și a nanostructurilor de nitrură de bor cu eficiență ridicată. Parametrii de procesare controlabili cu precizie ai ultrasunetelor de înaltă intensitate (adică energie, amplitudine, timp, temperatură și presiune) permit ajustarea individuală a condițiilor de procesare la obiectivul procesului vizat. Acest lucru înseamnă că intensitatea cu ultrasunete poate fi ajustată în ceea ce privește formularea specifică (calitatea BNNTs, solvent, concentrație solid-lichid etc.), obținând astfel rezultate optime.

Aplicațiile procesării cu ultrasunete BNNT și BNN acoperă întreaga gamă de la dispersia omogenă a nanostructurilor bidimensionale de nitrură de bor (2D-BNN), până la funcționalizarea și exfolierea chimică a nitrurii hexagonale de bor monostrat. Mai jos, vă prezentăm detaliile privind dispersia cu ultrasunete, exfolierea și funcționalizarea BNNT-urilor și BNN-urilor.

Dispersia cu ultrasunete a nanotuburilor de nitrură de bor

Atunci când nanotuburile de nitrură de bor (BNNT) sunt utilizate pentru a consolida polimerii sau pentru a sintetiza materiale noi, este necesară o dispersie uniformă și fiabilă în matrice. Dispersoare cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă pentru a dispersa materiale nano, ar fi CNT-uri, nanoparticule metalice, particule de miez-coajă și alte tipuri de nanoparticule într-o a doua fază.
Dispersia cu ultrasunete a fost aplicată cu succes pentru a descurca și distribui BNNTs uniform în soluții apoase și neapoase, inclusiv etanol, etanol PVP, etanol TX100, precum și diferiți polimeri (de exemplu, poliuretan).
Un surfactant utilizat în mod obișnuit pentru a stabiliza o dispersie BNNT pregătită ultrasonically este o soluție de dodecil sulfat de sodiu 1% wt (SDS). De exemplu, 5 mg BNNTs sunt ultrasonically dispersate într-un flacon cu 5 ml de 1% wt. Soluție SDS folosind un dispersor de tip sondă cu ultrasunete, cum ar fi UP200St (26 kHz, 200 W).

Dispersia apoasă a BNNT-urilor folosind ultrasunete

Datorită interacțiunilor puternice van der Waals și suprafeței hidrofobe, nanotuburile de nitrură de bor sunt slab dispersabile în soluțiile pe bază de apă. Pentru a rezolva aceste probleme, Jeon et al. (2019) au folosit Pluronic P85 și F127, care au atât grupuri hidrofile, cât și grupuri hidrofobe pentru a funcționaliza BNNT sub sonicare.

Exfoliere fără surfactant a nanofoilor de nitrură de bor folosind sonicare

Lin et al. (2011) prezintă o metodă curată de exfoliere și dispersie a nitruri de bor hexagonale (h-BN). Nitrura hexagonală de bor este considerată în mod tradițional insolubilă în apă. Cu toate acestea, ei au reușit să demonstreze că apa este eficientă pentru a exfolia structurile h-BN stratificate folosind ultrasunete, formând “curat” dispersii apoase ale nanofoilor de h-BN fără utilizarea de agenți tensioactivi sau funcționalizare organică. Acest proces de exfoliere cu ultrasunete a produs nanofoi h-BN cu mai puține straturi, precum și specii de nanofoi și nanopanglici monostrat. Majoritatea nanofoilor au avut dimensiuni laterale reduse, ceea ce a fost atribuit tăierii foilor de h-BN induse de hidroliza asistată de sonicare (coroborată de rezultatele testului de amoniac și spectroscopiei). Hidroliza indusă cu ultrasunete a promovat, de asemenea, exfolierea nanofoilor de h-BN în sprijinul efectului de polaritate al solventului. Nanofoile h-BN din aceste “curat” dispersiile apoase au prezentat o bună procesabilitate prin metode de soluție, păstrându-și caracteristicile fizice. Nanofoile de h-BN dispersate în apă au prezentat, de asemenea, o afinitate puternică față de proteine precum feritina, sugerând că suprafețele nanofoii erau disponibile pentru bioconjugații ulterioare.

Metoda de dispersie sono-mecanică care utilizează cavitația cu ultrasunete și forțele de forfecare este o abordare pur fizică de amestecare, care sa dovedit capabilă să degrupeze BNNT-urile și să stabilizeze BNNT-urile individuale, menținând în același timp integritatea și proprietățile lor intrinseci. Aplicarea energiei cu ultrasunete adecvate (Ws? ml), adică amplitudine ajustată și durata sonicare, dispersie cu ultrasunete poate descurca și dispersa BNNTS uniform. Amplitudini mai mari și sonicare mai lungă pot fi aplicate în cazul în care lungimea nanotuburilor de nitrură de bor ar trebui redusă. Citiți mai multe despre reducerea dimensiunii cu ultrasunete și tăierea lungimii BNNT-urilor în secțiunea următoare.

Reducerea dimensiunii cu ultrasunete și tăierea nanotuburilor de nitrură de bor

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 înaltă performanță pentru procesarea BNNT

Caracteristicile inteligente ale ultrasonicators Hielscher sunt concepute pentru a garanta funcționarea fiabilă, rezultate reproductibile și ușurința în utilizare. Setările operaționale pot fi accesate și formate cu ușurință prin intermediul meniului intuitiv, care poate fi accesat prin intermediul afișajului tactil color digital și al telecomenzii browserului. Prin urmare, toate condițiile de procesare, cum ar fi energia netă, energia totală, amplitudinea, timpul, presiunea și temperatura, sunt înregistrate automat pe un card SD încorporat. Acest lucru vă permite să revizuiți și să comparați rulările anterioare sonicare și pentru a optimiza procesul de exfoliere și dispersie a nanotuburilor de nitrură de bor și nanomateriale la cea mai mare eficiență.
Hielscher Ultrasonics sistemele sunt utilizate în întreaga lume pentru fabricarea BNNT-uri de înaltă calitate. Hielscher ultrasonicators industriale pot rula cu ușurință amplitudini mari în funcționare continuă (24/7/365). Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor generate continuu cu sonotrodes standard (sonde? coarne cu ultrasunete). Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Datorită robusteții și întreținerii reduse, sistemele noastre de exfoliere și dispersie cu ultrasunete sunt instalate în mod obișnuit pentru aplicații grele și în medii solicitante.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.
Hielscher procesoare cu ultrasunete pentru dispersia și exfolierea nanotuburilor de nitrură de bor, precum și CNT și grafen sunt deja instalate la nivel mondial la scară comercială. Contactați-ne acum pentru a discuta despre procesul dvs. de fabricație BNNT! Personalul nostru experimentat va fi bucuros să împărtășească mai multe informații despre procesul de exfoliere, sistemele cu ultrasunete și prețurile!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: