Nanocevke z borovim nitridom – Piling in razpršen z uporabo ultrazvočnega razbijanja

Ultrasonication se uspešno uporablja za obdelavo in disperzijo nanocevk borovega nitrida (BNNT). Visoko intenzivna ultrazvočna obdelava zagotavlja homogeno razčesavanje in distribucijo v različnih raztopinah in je zato ključna tehnika obdelave za vključitev BNNT v raztopine in matrike.

Ultrazvočna obdelava nanocevk borovega nitrida

Za vključitev nanocevk borovega nitrida (BNNT) ali nanostruktur borovega nitrida (BNN), kot so nanolisti in nanotrakovi, v tekoče raztopine ali polimerne matrike, je potrebna učinkovita in zanesljiva disperzijska tehnika. Ultrazvočna disperzija zagotavlja potrebno energijo za luščenje, razpletanje, razpršitev in funkcionalizacijo nanocevk borovega nitrida in nanostruktur borovega nitrida z visoko učinkovitostjo. Natančno nadzorovani parametri obdelave visoko intenzivnega ultrazvoka (tj. Energija, amplituda, čas, temperatura in tlak) omogočajo individualno prilagoditev pogojev obdelave ciljnemu cilju procesa. To pomeni, da se ultrazvočna intenzivnost lahko prilagodi glede na specifično formulacijo (kakovost BNNT, topilo, koncentracija trdne tekočine itd.), S čimer se dosežejo optimalni rezultati.

Ultrazvočna pot za sintezo nanoskodelic borovega nitrida
(študija in grafika: Yu et al. 2012)

Aplikacije ultrazvočne obdelave BNNT in BNN pokrivajo celoten razpon od homogene disperzije dvodimenzionalnih nanostruktur borovega nitrida (2D-BNN) do njihove funkcionalizacije in kemičnega pilinga enoslojnega heksagonalnega borovega nitrida. Spodaj predstavljamo podrobnosti o ultrazvočni disperziji, pilingu in funkcionalizaciji BNNT in BNN.

Ultrazvočna disperzija nanocevk borovega nitrida

Kadar se nanocevke borovega nitrida (BNNT) uporabljajo za ojačitev polimerov ali za sintezo novih materialov, je potrebna enakomerna in zanesljiva disperzija v matrico. Ultrazvočni dispergatorji se pogosto uporabljajo za razprševanje nano materialov, kot so CNT, kovinski nanodelci, delci jedrne lupine in druge vrste nano delcev v drugo fazo.
Ultrazvočna disperzija je bila uspešno uporabljena za enakomerno razpletanje in porazdelitev BNNT v vodnih in nevodnih raztopinah, vključno z etanolom, PVP etanolom, etanolom TX100 in različnimi polimeri (npr. Poliuretan).
Pogosto uporabljena površinsko aktivna snov za stabilizacijo ultrazvočno pripravljene disperzije BNNT je 1% mas. raztopina natrijevega dodecil sulfata (SDS). Na primer, 5 mg BNNT se ultrazvočno razpršijo v viali s 5 ml 1% mas. UP200St (26kHz, 200W).

Vodna disperzija BNNT z uporabo ultrazvoka

Zaradi močnih van der Waalsovih interakcij in hidrofobne površine so nanocevke borovega nitrida slabo dispergirane v raztopinah na vodni osnovi. Za rešitev teh težav so Jeon et al. (2019) uporabili Pluronic P85 in F127, ki imata hidrofilne skupine in hidrofobne skupine za funkcionalizacijo BNNT pod ultrazvočnim razbijanjem.

SEM posnetki skrajšanih BNNT po različnih trajanjih ultrazvočnega razbijanja. Kot je prikazano, se dolžina teh BNNT zmanjšuje s povečanjem kumulativnega trajanja ultrazvočne obdelave.
(študija in slika: Lee et al. 2012)

Piling nanolistov borovega nitrida brez površinsko aktivnih snovi z uporabo ultrazvočne razbijanja

Lin et al. (2011) predstavljajo čisto metodo pilinga in disperzije heksagonalnega borovega nitrida (h-BN). Heksagonalni borov nitrid se tradicionalno šteje za netopen v vodi. Vendar pa so lahko dokazali, da je voda učinkovita za luščenje večplastnih struktur h-BN z uporabo ultrazvoka, ki tvori "čiste" vodne disperzije h-BN nanolistov brez uporabe površinsko aktivnih snovi ali organske funkcionalizacije. Ta ultrazvočni postopek pilinga je proizvedel nekaj plastnih h-BN nanolistov ter enoslojne nanosheet in nanoribbon vrste. Večina nanolistov je bila zmanjšanih stranskih velikosti, kar je bilo pripisano rezanju matičnih listov h-BN, ki jih je povzročila hidroliza s pomočjo ultrazvočne obdelave (potrjena s testom amoniaka in rezultati spektroskopije). Ultrazvočno inducirana hidroliza je spodbujala tudi luščenje h-BN nanolistov kot pomoč pri polarnem učinku topila. Nanolisti h-BN v teh "čistih" vodnih disperzijah so pokazali dobro predelavo z metodami raztopine, pri čemer so ohranili svoje fizikalne lastnosti. Razpršeni h-BN nanolisti v vodi so pokazali tudi močno afiniteto do beljakovin, kot je feritin, kar kaže, da so bile površine nanolistov na voljo za nadaljnje bio-konjugacije.

Ultrazvočno zmanjšanje velikosti in rezanje nanocevk borovega nitrida

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) Dobro razporejeni mPEG-DSPE/BNNT v vodi (po 2 urah ultrazvočnega razbijanja). (d) Shematski predstavnik BNNT, funkcionaliziran z molekulo mPEG-DSPE
(študija in slika: Lee et al. 2012)

Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za obdelavo BNNT

Pametne funkcije Hielscher ultrazvočnih aparatov so zasnovane tako, da zagotavljajo zanesljivo delovanje, ponovljive rezultate in prijaznost do uporabnika. Do nastavitev delovanja lahko enostavno dostopate in jih izberete prek intuitivnega menija, do katerega lahko dostopate prek digitalnega barvnega zaslona na dotik in daljinskega upravljalnika brskalnika. Zato se vsi pogoji obdelave, kot so neto energija, skupna energija, amplituda, čas, tlak in temperatura, samodejno zabeležijo na vgrajeno kartico SD. To vam omogoča revizijo in primerjavo prejšnjih ultrazvočnih serij ter optimizacijo procesa pilinga in disperzije nanocevk in nanomaterialov borovega nitrida do najvišje učinkovitosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se uporabljajo po vsem svetu za izdelavo visokokakovostnih BNNT. Hielscher industrijski ultrazvočni sistemi lahko zlahka izvajajo visoke amplitude v neprekinjenem delovanju (24/7/365). Amplitude do 200 μm se lahko enostavno kontinuirano ustvarjajo s standardnimi sonotrodami (ultrazvočne sonde / rogovi). Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Zaradi svoje robustnosti in nizkega vzdrževanja so naši ultrazvočni sistemi za piling in disperzijo običajno nameščeni za težke aplikacije in v zahtevnih okoljih.
Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode.
Hielscher ultrazvočni procesorji za disperzijo in piling nanocevk borovega nitrida ter CNT in grafena so že nameščeni po vsem svetu v komercialnem obsegu. Kontaktirajte nas zdaj, da se pogovorite o vašem proizvodnem procesu BNNT! Naše izkušeno osebje bo z veseljem delilo več informacij o postopku pilinga, ultrazvočnih sistemih in cenah!
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: