Ultrazvukové exfoliácia Xenes

Xény sú 2D monoelementálne nanomateriály s mimoriadnymi vlastnosťami, ako je veľmi vysoká povrchová plocha, anizotropné fyzikálne / chemické vlastnosti vrátane vynikajúcej elektrickej vodivosti alebo pevnosti v ťahu. Ultrazvuková exfoliácia alebo delaminácia je efektívna a spoľahlivá technika na výrobu jednovrstvových 2D nanošetov z vrstvených prekurzorových materiálov. Ultrazvukový exfoliácia je už stanovená pre výrobu vysoko kvalitných xénových nanošetov v priemyselnom meradle.

Xenóny – Monovrstvové nanoštruktúry

Rozpúšťadle exfoliovaný borofénXény sú monovrstvové (2D), monoelementálne nanomateriály, ktoré majú grafénovú štruktúru, intravrstvovú kovalentnú väzbu a slabé van der Waalsove sily medzi vrstvami. Príklady materiálov, ktoré sú súčasťou triedy xén, sú borofén, silicén, germán, stanene, fosfor (čierny fosfor), arzén, bismutén a tellurene a antimonén. Vďaka svojej jednovrstvovej 2D štruktúre sú xénové nanomateriály charkterizované veľmi veľkým povrchom, ako aj zlepšenými chemickými a fyzikálnymi reaktivitami. Tieto štrukturálne vlastnosti dávajú xénovým nanomateriálom pôsobivé fotonické, katalytické, magnetické a elektronické vlastnosti a robia tieto nanoštruktúry veľmi zaujímavými pre mnohé priemyselné aplikácie. Obrázok vľavo zobrazuje SEM obrázky rozpúšťadle exfoliovaného borofénu.

Žiadosť o informácie





Ultrazvukový reaktor pre priemyselnú exfoliáciu 2D nanošetov, ako sú xény (napr. borofén, silicén, germán, stanene, fosfor (čierny fosfor), arzén, bizmutén a tellurene a antimonén).

Reaktor s 2000 wattov ultrasonicator UIP2000hdT pre veľkoplošnú exfoliáciu xenózových nanošetov.

Výroba nanomateriálov Xenes pomocou ultrazvukovej delaminácie

Tekutá exfoliácia vrstvených nanomateriálov: Jednovrstvové 2D nanoškety sa vyrábajú z anorganických materiálov s vrstvenými štruktúrami (napr. grafit), ktoré pozostávajú z voľne naskladaných hostiteľských vrstiev, ktoré vykazujú rozšírenie galérie vrstvy na vrstvu alebo opuch pri interkalácii určitých iónov a/alebo rozpúšťadiel. Exfoliácia, v ktorej je vrstvená fáza rozdelená na nanošéty, zvyčajne sprevádza opuch v dôsledku rýchlo oslabených elektrostatických atrakcií medzi vrstvami, ktoré produkujú koloidné disperzie jednotlivých 2D vrstiev alebo listov. (porovnaj Geng et al, 2013) Vo všeobecnosti je známe, že opuch uľahčuje exfoliáciu ultrazvukom a má za následok negatívne nabité nanošety. Chemická predbežná liečba tiež uľahčuje exfoliáciu ultrazvukom v rozpúšťadlách. Napríklad funkcionalizácia umožňuje exfoliáciu vrstvených dvojitých hydroxidov (LDH) v alkoholoch. (porov. Nicolosi et al., 2013)
Pre ultrazvukovú exfoliáciu / delamináciu je vrstvený materiál vystavený silným ultrazvukovým vlnám v rozpúšťadle. Keď sú energeticky husté ultrazvukové vlny spojené do kvapaliny alebo kalu, dochádza k akustickej aka ultrazvukovej kavitácii. Ultrazvuková kavitácia sa vyznačuje kolapsom vákuových bublín. Ultrazvukové vlny prechádzajú kvapalinou a vytvárajú striedavé nízkotlakové / vysokotlakové cykly. Minútové vákuové bubliny vznikajú počas cyklu nízkeho tlaku (zriedkavej faakcie) a rastú počas rôznych nízkotlakových / vysokotlakových cyklov. Keď kavitačná bublina dosiahne bod, kedy nemôže absorbovať žiadnu ďalšiu energiu, bublina prudko vybuchne a vytvára lokálne veľmi energeticky husté podmienky. Kavitačná horúca škvrna je určená veľmi vysokými tlakmi a teplotou, príslušnými tlakovými a teplotnými diferenciálmi, vysokorýchlostnými kvapalnými tryskami a šmykovými silami. Tieto sonomechanické a sonochemické sily tlačia rozpúšťadlo medzi naskladané vrstvy a rozbité vrstvené častice a kryštalické štruktúry, čím vytvárajú exfoliované nanošety. Sekvencia obrazu nižšie demonštruje proces exfoliácie ultrazvukovou kavitáciou.

Ultrazvukový grafén exfoliácia vo vode

Vysokorýchlostná sekvencia (od a do f) rámov ilustrujúcich sono-mechanickú exfoliáciu grafitovej vločky vo vode pomocou UP200S, 200W ultrasonicator s 3 mm sonotródou. Šípky zobrazujú miesto štiepenia (exfoliácie) s kavitačnými bublinami prenikajúcimi do rozdelenia.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modelovanie ukázalo, že ak je povrchová energia rozpúšťadla podobná povrchovej energii vrstveného materiálu, energetický rozdiel medzi exfoliovanými a reaggregovanými stavmi bude veľmi malý, čím sa odstráni hnacia sila pre re-agregáciu. V porovnaní s alternatívnymi metódami miešania a strihania poskytli ultrazvukové miešače účinnejší zdroj energie pre exfoliáciu, čo viedlo k preukázaniu iónovej interkalácie - asistovanej exfoliácie TaS2Nbs2, a MoS2, ako aj vrstvené oxidy. (porov. Nicolosi et al., 2013)

Ultrazvukom je vysoko efektívny a spoľahlivý nástroj pre tekutú exfoliáciu nanošetov, ako je grafén a xény.

TEM obrázky rozpúšťadle tekutých exfoliovaných nanoštruktov: (A) Grafén nanosheet exfoliovaný pomocou ultrazvukom v rozpúšťadle N-metyl-pyrrolidón. (B) h-BN nanošét exfoliovaný ultrazvukom v rozpúšťadle izopropanolu. (C) Nanošeet MoS2 exfoliovaný ultrazvukom vo vodnom roztoku povrchovo aktívnej látky.
(Štúdia a obrázky: ©Nicolosi et al., 2013)

Ultrazvukové protokoly exfoliácie kvapaliny

Ultrazvuková exfoliácia a delaminácia xenónov a iných monovrstvových nanomateriálov bola značne študovaná vo výskume a bola úspešne prenesená do štádia priemyselnej výroby. Nižšie uvádzame vybrané exfoliačné protokoly pomocou ultrazvukom.

Ultrazvukové exfoliácia fosforených nanoflakes

Fosfor (tiež známy ako čierny fosfor, BP) je 2D vrstvený monoelementálny materiál vytvorený z atómov fosforu.
Vo výskume Passaglia et al. (2018) sa preukázala príprava stabilných suspenzií fosforeného − metylmetakrylátu ultrazvukom asistovanou exfoliáciou kvapalinovej fázy (LPE) bP v prítomnosti MMA, po ktorej nasledovala radikálna polymerizácia. Metylmetakrylát (MMA) je tekutý monomér.

Protokol pre ultrazvukovú kvapalnú exfoliáciu fosforénu

LPE získala MMA_bPn, NVP_bPn a Sty_bPn suspenzie za prítomnosti jediného monoméru. V typickom postupe sa ∼5 mg bP, starostlivo rozdrvených v malte, vložilo do skúmavky a potom sa pridalo vážené množstvo MMA, Sty alebo NVP. Monomér bP suspenzia bola sonicated po dobu 90 min pomocou Hielscher Ultrasonics homogenizer UP200St (200W, 26kHz), vybavená sonotródou S26d2 (priemer špičky: 2 mm). Ultrazvuková amplitúda bola udržiavaná konštantná na 50% s P = 7 W. Vo všetkých prípadoch sa na zlepšenie rozptylu tepla použil ľadový kúpeľ. Záverečné MMA_bPn, NVP_bPn a Sty_bPn suspendácie boli potom insulované N2 na 15 minút. Všetky zavesenia boli analyzované DLS, čo ukazuje hodnoty rH skutočne blízke hodnotám DMSO_bPn. Napríklad MMA_bPn suspenzia (s približne 1% obsahu bP) bola charakterizovaná rH = 512 ± 58 nm.
Zatiaľ čo iné vedecké štúdie o fosforelíne hlásia ultrazvukom čas ultrazvukom niekoľko hodín pomocou ultrazvukového čističa, rozpúšťadiel s vysokým bodom varu a nízkej účinnosti, výskumný tím Passaglia demonštruje vysoko efektívny ultrazvukový exfoliačný protokol pomocou ultrazvukom typu sondy (tj, UP200St).

Ultrazvukový Borophene Exfoliácia

Pre ultrazvukom protokoly a výsledky ultrazvukového boophén exfoliácie, kliknite sem!

Ultrazvukové exfoliácia niekoľkovrstvových silikagélových nanonoshetov

SEM obraz rozpúšťadle exfoliovaných silikagélových nanošetov.Málovrstvové exfoliované silikagélové nanošéty (E-SN) boli pripravené z prírodného vermikulitu (Verm) prostredníctvom ultrazvukovej exfoliácie. Na syntézu exfoliovaných silikagét nanosheetov sa použila nasledujúca metóda exfoliácie kvapalnej fázy: 40 mg silikagélových nanosetov (SN) bolo rozptýlených v absolútnom etanole 40 ml. Následne bola zmes ultrazvukom po dobu 2 hodín pomocou Hielscher Ultrazvukový procesor UP200St, vybavená 7 mm sonotródou. Amplitúda ultrazvukovej vlny bola konštantná na 70%. Ľadový kúpeľ bol aplikovaný, aby sa zabránilo prehriatiu. Neexfoliované SN boli odstránené odstreďovaním pri 1000 ot/min počas 10 minút. Nakoniec bol výrobok dekantovaný a vysušený pri izbovej teplote vo vákuu cez noc. (porovnaj Guo et al., 2022)

Ultrazvuková exfoliácia 2D monovrstvových nanosheetov, ako sú xény (napr. fosfor, borofén atď.) je efektívne dosiahnutá ultrazvukom typu sondy.

Ultrazvukové exfoliácia monovrstvových nanošetov s ultrasonicator UP400St,


Ultrazvuková tekutá exfoliácia jednovrstvových nanošetov.

Ultrazvuková tekutá exfoliácia je vysoko účinná pre výrobu xenézových nanošetov. Obrázok ukazuje výkon 1000 wattov UIP1000hdT,

Žiadosť o informácie





Vysokovýkonné ultrazvukové sondy a reaktory na exfoliáciu Xenes Nanosheets

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje robustné a spoľahlivé ultrasonicators v akejkoľvek veľkosti. Od kompaktných laboratórnych ultrazvukových zariadení až po priemyselné ultrazvukové sondy a reaktory, Hielscher má ideálny ultrazvukový systém pre váš proces. S dlhoročnými skúsenosťami s aplikáciami, ako je syntéza nanomateriálov a disperzia, vám náš dobre vyškolený personál odporučí najvhodnejšie nastavenie pre vaše požiadavky. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory sú známe ako spoľahlivé pracovné kone v priemyselných zariadeniach. Schopné dodávať veľmi vysoké amplitúdy, Hielscher ultrasonicators sú ideálne pre vysoko výkonné aplikácie, ako je syntéza xénov a iných 2D monovrstvových nanomateriálov, ako je borofén, fosfor alebo grafén, ako aj spoľahlivá disperzia týchto nanoštruktúr.
Mimoriadne silný ultrazvuk: Hielscher Ultrazvuk’ priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať pri prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.
Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku: Všetky zariadenia sú navrhnuté a vyrobené v našom sídle v Nemecku. Pred dodaním zákazníkovi je každé ultrazvukové zariadenie starostlivo testované pri plnom zaťažení. Usilujeme sa o spokojnosť zákazníkov a naša výroba je štruktúrovaná tak, aby spĺňala najvyššie zabezpečenie kvality (napr. certifikácia ISO).

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Ultrazvukové high-shear homogenizers sa používajú v laboratóriu, bench-top, pilotné a priemyselné spracovanie.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.



Literatúra/referencie

Fakty stojí za to vedieť

Fosforerén

Fosfor (tiež čierne fosforové nanošéty / nanoflaky) vykazujú vysokú mobilitu 1000 cm2 V–1 s-1 pre vzorku hrúbky 5 nm s vysokým pomerom zapnutia/vypnutia vysokého prúdu 105. Ako polovodič typu p má fosforén priamu medzeru pásma 0,3 eV. Okrem toho má fosforenec priamu medzeru v pásme, ktorá sa zvyšuje až na približne 2 eV pre monovrstvové. Vďaka týmto vlastnostiam materiálu sú nanoštrukcie čierneho fosforu sľubným materiálom pre priemyselné aplikácie v nanoelektronických a nanofotonických zariadeniach, ktoré pokrývajú celý rozsah viditeľného spektra. (porovnaj Passaglia et al., 2018) Ďalšia potenciálna aplikácia spočíva v aplikáciách biomedicíny, pretože relatívne nízka toxicita robí využitie čierneho fosforu veľmi atraktívnym.
V triede dvojrozmerných materiálov je fosforén často umiestnený vedľa grafénu, pretože na rozdiel od grafénu má fosforerén nenulovú základnú medzeru v pásme, ktorá môže byť ďalej modulovaná napätím a počtom vrstiev v zásobníku.

Borofén

Borofén je kryštalický atómový monovrstvo bóru, tj je to dvojrozmerný alotrop bóru (tiež nazývaný bórový nanosheet). Jeho jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti menia borofén na cenný materiál pre mnohé priemyselné aplikácie.
Medzi výnimočné fyzikálne a chemické vlastnosti borofénu patria jedinečné mechanické, tepelné, elektronické, optické a supravodivé fazety.
To otvára možnosti použitia borofénu pre aplikácie v alkalických kovových iónových batériách, batériách Li-S, skladovaní vodíka, superkondenzátore, redukcii kyslíka a vývoji, ako aj v elektroredukčnej reakcii CO2. Obzvlášť vysoký záujem je o borofén ako anódový materiál pre batérie a ako vodíkový skladovací materiál. Vďaka vysokým teoretickým špecifickým kapacitám, elektronickej vodivosti a vlastnostiam prepravy iónov sa borofén kvalifikuje ako veľký anódový materiál pre batérie. Vďaka vysokej adsorbačnej kapacite vodíka na borofén ponúka veľký potenciál pre skladovanie vodíka - s kapacitou stroby viac ako 15% svojej hmotnosti.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej syntéze a disperzii borofénu!


Vysoko výkonné ultrazvukom! Hielscherov sortiment pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrasonicatora cez bench-top jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.