Nanotubat e nitrurit të borit – Të eksfoliuar dhe të disperguar me sonikim

Trajtimi me ultratinguj zbatohet me sukses për përpunimin dhe dispergimin e nanotubave të nitrurit të borit (BNNTs). Sonikimi me intensitet të lartë siguron çngatërrim dhe shpërndarje homogjene në tretësira të ndryshme dhe, për këtë arsye, është një teknikë thelbësore përpunimi për përfshirjen e BNNTs në tretësira dhe matrica.

Përpunimi me ultratinguj i nanotubave të nitrurit të borit

Për të përfshirë nanotubat e nitrurit të borit (BNNTs) ose nanostrukturat e nitrurit të borit (BNNs), si nanofletët dhe nanoshiritat, në tretësira të lëngshme ose matrica polimerike, nevojitet një teknikë dispergimi efikase dhe e besueshme. Dispergimi me ultratinguj siguron energjinë e nevojshme për të eksfoliuar, çngatërruar, disperguar dhe funksionalizuar nanotubat dhe nanostrukturat e nitrurit të borit me efikasitet të lartë. Parametrat e përpunimit me ultratinguj me intensitet të lartë (d.m.th. energjia, amplituda, koha, temperatura dhe presioni), të cilët mund të kontrollohen me saktësi, mundësojnë përshtatjen individuale të kushteve të përpunimit sipas objektivit të synuar të procesit. Kjo do të thotë se intensiteti i ultratingujve mund të përshtatet sipas formulimit specifik (cilësia e BNNTs, tretësi, përqendrimi i fazës së ngurtë në lëng etj.), duke arritur kështu rezultate optimale.

Zbatimet e përpunimit me ultratinguj të BNNTs dhe BNNs mbulojnë të gjithë gamën, nga dispergimi homogjen i nanostrukturave dydimensionale të nitrurit të borit (2D-BNNs), deri te funksionalizimi i tyre dhe eksfolimi kimik i nitrurit heksagonal të borit me një shtresë. Më poshtë paraqesim hollësi mbi dispergimin, eksfolimin dhe funksionalizimin me ultratinguj të BNNTs dhe BNNs.

Dispergimi me ultratinguj i nanotubave të nitrurit të borit

Kur nanotubat e nitrurit të borit (BNNTs) përdoren për të përforcuar polimeret ose për të sintetizuar materiale të reja, nevojitet një dispergim i njëtrajtshëm dhe i besueshëm brenda matricës. Disperguesit me ultratinguj përdoren gjerësisht për të disperguar nanomateriale si CNTs, nanogrimca metalike, grimca me bërthamë dhe mbështjellës dhe lloje të tjera nanogrimcash në një fazë të dytë.
Dispergimi me ultratinguj është zbatuar me sukses për të çngatërruar dhe shpërndarë njëtrajtshëm BNNTs në tretësira ujore dhe joujore, përfshirë etanolin, PVP në etanol, TX100 në etanol, si dhe polimere të ndryshme (p.sh. poliuretanin).
Një surfaktant i përdorur zakonisht për të stabilizuar një dispersion të BNNTs të përgatitur me ultratinguj është një tretësirë 1%wt e dodecil sulfatit të natriumit (SDS). Për shembull, 5 mg BNNTs dispergohen me ultratinguj në një flakon me 5 mL tretësirë SDS 1%wt., duke përdorur një dispergues me ultratinguj të tipit sondë, si UP200St (26kHz, 200W).

Dispergimi ujor i BNNTs me ultratinguj

Për shkak të ndërveprimeve të tyre të forta van der Waals dhe sipërfaqes hidrofobike, nanotubat e nitrurit të borit dispergohen me vështirësi në tretësira me bazë uji. Për të zgjidhur këto probleme, Jeon et al. (2019) përdorën Pluronic P85 dhe F127, të cilat kanë si grupe hidrofilike, ashtu edhe grupe hidrofobike, për të funksionalizuar BNNT gjatë sonikimit.

Eksfolimi pa surfaktantë i nanofletëve të nitrurit të borit me sonikim

Lin et al. (2011) paraqesin një metodë të pastër për eksfolimin dhe dispergimin e nitrurit heksagonal të borit (h-BN). Nitruri heksagonal i borit tradicionalisht konsiderohet i patretshëm në ujë. Megjithatë, ata arritën të demonstronin se uji është efektiv për eksfolimin e strukturave shtresore të h-BN me anë të trajtimit me ultratinguj, duke formuar dispersione ujore “të pastra” të nanofletëve të h-BN pa përdorimin e surfaktantëve ose të funksionalizimit organik. Ky proces eksfolimi me ultratinguj prodhoi nanofletë të h-BN me pak shtresa, si dhe forma njështresore të nanofletëve dhe nanoshiritave. Shumica e nanofletëve kishin përmasa anësore të zvogëluara, gjë që iu atribuua prerjes së fletëve fillestare të h-BN të shkaktuar nga hidroliza e ndihmuar nga sonikimi (e vërtetuar nga testi i amoniakut dhe rezultatet e spektroskopisë). Hidroliza e shkaktuar nga ultratingujt gjithashtu nxiti eksfolimin e nanofletëve të h-BN, duke ndihmuar efektin e polaritetit të tretësit. Nanofletët e h-BN në këto dispersione ujore “të pastra” shfaqën përpunueshmëri të mirë me metoda në tretësirë, duke ruajtur karakteristikat e tyre fizike. Nanofletët e h-BN të disperguara në ujë shfaqën gjithashtu afinitet të fortë ndaj proteinave si ferritina, duke sugjeruar se sipërfaqet e nanofletëve ishin të disponueshme për biokonj ugime të mëtejshme.

Metoda sonomekanike e dispergimit që përdor kavitacionin ultrasonik dhe forcat prerëse është një qasje krejtësisht fizike e përzierjes, e cila është provuar se mund të ndajë tufat e BNNT-ve dhe të stabilizojë BNNT-të individuale, duke ruajtur integritetin dhe vetitë e tyre të brendshme. Duke aplikuar energji të përshtatshme ultrasonike (Ws/mL), pra amplitudë dhe kohëzgjatje sonikimi të rregulluara siç duhet, dispergimi me ultratinguj mund t’i çngatërrojë dhe t’i dispergojë BNNTS në mënyrë të njëtrajtshme. Mund të aplikohen amplituda më të larta dhe sonikim më i gjatë nëse duhet të zvogëlohet gjatësia e nanotubave të nitrurit të borit. Lexoni më shumë për zvogëlimin e përmasave dhe shkurtimin e BNNT-ve me ultratinguj në seksionin vijues.

Zvogëlimi i përmasave dhe prerja e nanotubave të nitrurit të borit me ultratinguj

Gjatësia e nanotubave të nitrurit të borit luan një rol vendimtar në përpunimin e mëtejshëm të BNNT-ve për përfshirjen e tyre në polimere dhe materiale të tjera të funksionalizuara. Prandaj, është një fakt i rëndësishëm që sonikimi i BNNT-ve në tretës mund jo vetëm t’i ndajë BNNT-të individualisht, por edhe t’i shkurtojë BNNT-të me strukturë të ngjashme me bambunë në kushte të kontrolluara. BNNT-të e shkurtuara kanë shumë më pak gjasa të formojnë tufa gjatë përgatitjes së kompozitit. Lee et al. (2012) demonstruan se gjatësitë e BNNT-ve të funksionalizuara mund të shkurtohen me efikasitet nga >10µm në ∼500nm me anë të trajtimit me ultratinguj. Eksperimentet e tyre sugjerojnë se dispergimi efektiv me ultratinguj i BNNT-ve në tretësirë është i nevojshëm për një prerje të tillë për zvogëlimin e përmasave dhe prerjen e BNNT-ve.

Pajisje me ultratinguj me performancë të lartë për përpunimin e BNNT-ve

Veçoritë inteligjente të pajisjeve ultrasonike Hielscher janë projektuar për të garantuar funksionim të besueshëm, rezultate të riprodhueshme dhe lehtësi përdorimi. Cilësimet e funksionimit mund të hapen dhe të rregullohen lehtësisht përmes një menyje intuitive, e cila mund të hapet përmes ekranit dixhital me ngjyra dhe me prekje, si dhe përmes kontrollit në distancë nga shfletuesi. Kështu, të gjitha kushtet e përpunimit, si energjia neto, energjia totale, amplituda, koha, presioni dhe temperatura, regjistrohen automatikisht në një kartë SD të integruar. Kjo ju mundëson të rishikoni dhe të krahasoni ciklet e mëparshme të sonikimit dhe të optimizoni procesin e eksfolimit dhe të dispergimit të nanotubave të nitridit të borit dhe të nanomaterialeve për të arritur efikasitetin më të lartë.
Sistemet Hielscher Ultrasonics përdoren në mbarë botën për prodhimin e BNNT-ve me cilësi të lartë. Pajisjet ultrasonike industriale Hielscher mund të punojnë lehtësisht me amplituda të larta në funksionim të vazhdueshëm (24/7/365). Amplituda deri në 200µm mund të gjenerohen lehtësisht në mënyrë të vazhdueshme me sonotroda standarde (sonda / brirë ultrasonikë). Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të personalizuara. Falë qëndrueshmërisë së tyre dhe nevojës së pakët për mirëmbajtje, sistemet tona ultrasonike të eksfolimit dhe dispergimit instalohen zakonisht për aplikime me ngarkesa të rënda dhe në mjedise me kërkesa të larta.
Procesorët ultrasonikë industrialë të Hielscher Ultrasonics mund të japin amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht në mënyrë të vazhdueshme gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të personalizuara.
Procesorët ultrasonikë Hielscher për dispergimin dhe eksfolimin e nanotubave të nitridit të borit, si dhe të CNT-ve dhe grafenit, janë instaluar tashmë në mbarë botën në shkallë komerciale. Na kontaktoni tani për të diskutuar procesin tuaj të prodhimit të BNNT-ve! Stafi ynë me përvojë të gjerë do të ndajë me kënaqësi më shumë informacion mbi procesin e eksfolimit, sistemet ultrasonike dhe çmimet!
Tabela më poshtë ju jep një ide mbi kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike: