Nanotrubice z nitridu boru – Exfoliované a rozptýlené pomocou sonikácie

Ultrazvuk sa úspešne aplikuje na spracovanie a disperziu nanotrubíc nitridu bóru (BNNT). Vysokointenzívna sonikácia poskytuje homogénne rozčesávanie a distribúciu v rôznych roztokoch, a preto je kľúčovou technikou spracovania na začlenenie BNNT do roztokov a matríc.

Ultrazvukové spracovanie nanotrubíc z nitridu bóru

Na začlenenie nanotrubíc nitridu bóru (BNNT) alebo nanoštruktúr nitridu boritého (BNN), ako sú nanovrstvy a nanopásky, do kvapalných roztokov alebo polymérnych matríc, je potrebná účinná a spoľahlivá disperzná technika. Ultrazvuková disperzia poskytuje potrebnú energiu na exfoliáciu, rozčesávanie, rozptyľovanie a funkcionalizáciu nanotrubíc nitridu boritého a nanoštruktúr nitridu boritého s vysokou účinnosťou. Presne kontrolovateľné parametre spracovania ultrazvuku s vysokou intenzitou (t. j. energia, amplitúda, čas, teplota a tlak) umožňujú individuálne prispôsobiť podmienky spracovania cieľovému cieľu procesu. To znamená, že intenzitu ultrazvuku je možné upraviť s ohľadom na špecifické zloženie (kvalita BNNT, rozpúšťadlo, koncentrácia pevnej látky a kvapaliny atď.), čím sa dosiahnu optimálne výsledky.

Aplikácie ultrazvukového spracovania BNNT a BNN pokrývajú celý rozsah od homogénnej disperzie dvojrozmerných nanoštruktúr nitridu boritého (2D-BNN) až po ich funkcionalizáciu a chemickú exfoliáciu jednovrstvového hexagonálneho nitridu boru. Nižšie uvádzame podrobnosti o ultrazvukovej disperzii, exfoliácii a funkcionalizácii BNNT a BNN.

Ultrazvuková disperzia nanotrubíc nitridu boritého

Keď sa nanotrubice nitridu boritého (BNNT) používajú na vystuženie polymérov alebo na syntézu nových materiálov, je potrebná rovnomerná a spoľahlivá disperzia do matrice. Ultrazvukové dispergátory sa široko používajú na rozptýlenie nano materiálov, ako sú CNT, kovové nanočastice, častice jadra a obalu a iné typy nanočastíc do druhej fázy.
Ultrazvuková disperzia sa úspešne používa na rovnomerné rozčesávanie a distribúciu BNNT vo vodných a nevodných roztokoch vrátane etanolu, PVP etanolu, etanolu TX100, ako aj rôznych polymérov (napr. polyuretánu).
Bežne používanou povrchovo aktívnou látkou na stabilizáciu ultrazvukovo pripravenej disperzie BNNT je 1% hm. roztok dodecylsulfátu sodného (SDS). Napríklad 5 mg BNNT sa ultrazvukovo rozptýlia v injekčnej liekovke s 5 ml 1% hm. SDS roztok pomocou ultrazvukového dispergátora typu sondy, ako je napr. UP200St (26 kHz, 200 W).

Vodná disperzia BNNT pomocou ultrazvuku

Vďaka svojim silným van der Waalsovým interakciám a hydrofóbnemu povrchu sú nanotrubice nitridu bóru slabo dispergovateľné v roztokoch na báze vody. Na vyriešenie týchto problémov Jeon et al. (2019) použili Pluronic P85 a F127, ktoré majú hydrofilné skupiny aj hydrofóbne skupiny na funkcionalizáciu BNNT pri sonikácii.

Exfoliácia nanolistov nitridu boru bez povrchovo aktívnych látok pomocou sonikácie

Lin et al. (2011) predstavujú čistú metódu exfoliácie a disperzie hexagonálneho nitridu boritého (h-BN). Hexagonálny nitrid boritý sa tradične považuje za nerozpustný vo vode. Dokázali však preukázať, že voda je účinná na exfoliáciu vrstvených h-BN štruktúr pomocou ultrazvuku, čím sa vytvárajú "čisté" vodné disperzie h-BN nanolistov bez použitia povrchovo aktívnych látok alebo organickej funkcionalizácie. Tento ultrazvukový exfoliačný proces vytvoril niekoľko vrstvových h-BN nanolistov, ako aj jednovrstvové nanovrstvy a nanopásky. Väčšina nanolistov mala zmenšené bočné veľkosti, čo sa pripisovalo rezaniu rodičovských h-BN listov vyvolanému sonikáciou asistovanou hydrolýzou (potvrdené výsledkami testu amoniaku a spektroskopie). Ultrazvukom indukovaná hydrolýza tiež podporila exfoliáciu h-BN nanolistov na podporu polaritného efektu rozpúšťadla. Nanovrstvy h-BN v týchto "čistých" vodných disperziách vykazovali dobrú spracovateľnosť metódami rozpúšťania, pričom si zachovali svoje fyzikálne vlastnosti. Dispergované h-BN nanovrstvy vo vode tiež vykazovali silnú afinitu k proteínom, ako je feritín, čo naznačuje, že povrchy nanolistov boli k dispozícii pre ďalšie biokonjugácie.

Metóda sono-mechanickej disperzie využívajúca ultrazvukovú kavitáciu a šmykové sily je čisto fyzikálny prístup miešania, ktorý sa ukázal ako schopný oddeliť BNNT a stabilizovať jednotlivé BNNT pri zachovaní ich integrity a vnútorných vlastností. Použitím vhodnej ultrazvukovej energie (Ws / ml), tj upravenej amplitúdy a trvania sonikácie, môže ultrazvuková disperzia rovnomerne rozmotať a rozptýliť BNNT. Vyššie amplitúdy a dlhšia sonikácia sa môžu použiť, ak by sa mala skrátiť dĺžka nanotrubíc nitridu bóru. Prečítajte si viac o ultrazvukovom zmenšovaní veľkosti a rezaní dĺžky BNNT v ďalšej časti.

Ultrazvukové zmenšovanie veľkosti a rezanie nanotrubíc nitridu bóru

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.

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na spracovanie BNNT

Inteligentné funkcie ultrazvukových prístrojov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a užívateľskú prívetivosť. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytočené pomocou intuitívneho menu, ku ktorému je možné pristupovať prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládača prehliadača. Preto sa všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávajú na vstavanú SD kartu. To vám umožní revidovať a porovnávať predchádzajúce sonikácie a optimalizovať proces exfoliácie a disperzie nanotrubíc a nanomateriálov z nitridu boritého s najvyššou účinnosťou.
Ultrazvukové systémy Hielscher sa používajú na celom svete na výrobu vysokokvalitných BNNT. Priemyselné ultrazvuky Hielscher môžu ľahko prevádzkovať vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko kontinuálne generovať pomocou štandardných sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sa naše ultrazvukové exfoliačné a disperzné systémy bežne inštalujú pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.
Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.
Ultrazvukové procesory Hielscher na disperziu a exfoliáciu nanotrubíc z nitridu bóru, ako aj CNT a grafénu sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz a prediskutujte svoj výrobný proces BNNT! Náš skúsený personál sa rád podelí o ďalšie informácie o procese exfoliácie, ultrazvukových systémoch a cenách!
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: