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.

Calea cu ultrasunete pentru a sintetiza nanocupe de nitrură de bor
(studiu și grafic: Yu et al. 2012)

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.

Imagini SEM ale BNNT-urilor scurtate după diferite durate de sonicare. După cum se arată, lungimile acestor BNNT-uri scad odată cu creșterea duratei cumulative sonicare.
(studiu și imagine: Lee et al. 2012)

Exfoliere fără surfactant a nanofoilor de nitrură de bor folosind sonicare

Lin et al. (2011) prezintă o metodă curată de exfoliere și dispersie a nitrurii hexagonale de bor (h-BN). Nitrura hexagonală de bor este considerată în mod tradițional a fi insolubilă în apă. Cu toate acestea, au reușit să demonstreze că apa este eficientă pentru exfolierea structurilor stratificate h-BN folosind ultrasonication, formând dispersii apoase "curate" ale nanofoilor h-BN fără utilizarea agenților tensioactivi sau a funcționalității organice. Acest proces de exfoliere cu ultrasunete a produs nanofoi h-BN cu puține straturi, precum și nanofoi monostrat și specii nanoribbon. Majoritatea nanofoilor au fost de dimensiuni laterale reduse, ceea ce a fost atribuit tăierii foilor părinte h-BN induse de hidroliza asistată de sonicare (coroborată cu rezultatele testului de amoniac și spectroscopiei). Hidroliza indusă ultrasonically a promovat, de asemenea, exfolierea nanofoilor h-BN în sprijinul efectului de polaritate al solventului. Nanofoile h-BN din aceste dispersii apoase "curate" au prezentat o bună procesabilitate prin metode de soluție care își păstrează caracteristicile fizice. Nanofoile h-BN dispersate în apă au prezentat, de asemenea, o afinitate puternică față de proteine, cum ar fi feritina, sugerând că suprafețele nanofoii erau disponibile pentru bioconjugări ulterioare.

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.

(c) MPEG- DSPE/BNNTs bine disperate în apă (după 2 h de sonicare). (d) Reprezentant schematic al unui BNNT funcționalizat de o moleculă mPEG-DSPE
(studiu și imagine: Lee et al. 2012)

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: