Eksfolimi tejzanor i Xeneve

Ksenet janë nanomateriale monoelementale 2D me veti të jashtëzakonshme si sipërfaqja shumë e lartë, vetitë fizike/kimike anizotropike duke përfshirë përçueshmërinë elektrike superiore ose forcën në tërheqje. Eksfolimi ose delamination tejzanor është një teknikë efikase dhe e besueshme për të prodhuar nanofletë 2D me një shtresë nga materiale pararendëse të shtresuara. Eksfolimi tejzanor është krijuar tashmë për prodhimin e nano fletëve xene me cilësi të lartë në shkallë industriale.

xenes – Nanostrukturat me një shtresë

Ksenet janë nanomateriale njështresore (2D), monoelementare, të cilat kanë një strukturë të ngjashme me grafenin, lidhje kovalente brendashtresore dhe forca të dobëta van der Waals midis shtresave. Shembuj për materialet që bëjnë pjesë në klasën e kseneve janë borofeni, siliceni, germaneni, staneni, fosforeni (fosfori i zi), arsenini, bismuteni dhe telureni dhe antimoneni. Për shkak të strukturës së tyre 2D me një shtresë, nanomaterialet xene karakterizohen nga një sipërfaqe shumë e madhe, si dhe nga reaktivitetet e përmirësuara kimike dhe fizike. Këto karakteristika strukturore u japin nanomaterialeve kseneve veti mbresëlënëse fotonike, katalitike, magnetike dhe elektronike dhe i bëjnë këto nanostruktura shumë interesante për aplikime të shumta industriale. Fotografia e majtë tregon imazhe SEM të borofenit të eksfoluar në mënyrë ultrasonike.

Prodhimi i Nanomaterialeve Xenes duke përdorur Delamination tejzanor

Eksfolimi i lëngshëm i nanomaterialeve me shtresa: Nanofletët 2D me një shtresë prodhohen nga materiale inorganike me struktura të shtresuara (p.sh., grafiti) që përbëhen nga shtresa pritëse të grumbulluara lirshëm që shfaqin zgjerimin ose fryrjen e galerisë nga shtresa në shtresë pas ndërthurjes së joneve dhe/ose tretësve të caktuar. Eksfolimi, në të cilin faza e shtresuar ndahet në nanofletë, zakonisht shoqëron ënjtjen për shkak të tërheqjeve elektrostatike të dobësuara me shpejtësi midis shtresave të cilat prodhojnë dispersione koloidale të shtresave ose fletëve individuale 2D. (krh. Geng et al, 2013) Në përgjithësi dihet se ënjtja lehtëson eksfolimin nëpërmjet ultrazërit dhe rezulton në nanofletë të ngarkuara negativisht. Para-trajtimi kimik gjithashtu lehtëson eksfolimin me anë të sonikimit në tretës. Për shembull, funksionalizimi lejon eksfolimin e hidroksideve të dyfishta me shtresa (LDH) në alkoole. (krh. Nicolosi et al., 2013)
Për eksfolimin / delaminimin tejzanor, materiali i shtresuar ekspozohet ndaj valëve të fuqishme ultrasonike në një tretës. Kur valët ultratinguj të dendura me energji bashkohen në një lëng ose llum, ndodh kavitacioni akustik ose tejzanor. Kavitacioni tejzanor karakterizohet nga kolapsi i flluskave të vakumit. Valët e ultrazërit udhëtojnë nëpër lëng dhe gjenerojnë cikle alternative të presionit të ulët / presionit të lartë. Flluskat e vogla të vakumit lindin gjatë një cikli me presion të ulët (rrallim) dhe rriten gjatë cikleve të ndryshme të presionit të ulët / presionit të lartë. Kur një flluskë kavitacioni arrin pikën ku nuk mund të thithë asnjë energji të mëtejshme, flluska shpërthen dhunshëm dhe krijon kushte lokale shumë të dendura me energji. Një pikë e nxehtë kavitacionale përcaktohet nga presionet dhe temperatura shumë të larta, presionet përkatëse dhe diferencat e temperaturës, avionët e lëngshëm me shpejtësi të lartë dhe forcat e prerjes. Këto forca sonomekanike dhe sonokimike e shtyjnë tretësin midis shtresave të grumbulluara dhe strukturave grimcash dhe kristalore të shpërbërjes së shtresave, duke prodhuar kështu nanofletë të eksfoluara. Sekuenca e imazhit më poshtë tregon procesin e eksfolimit me kavitacion tejzanor.

Një sekuencë me shpejtësi të lartë (nga a në f) kornizash që ilustron shtresimin sonomekanik të një flake grafiti në ujë duke përdorur UP200S, një ultrasonikator 200 W me sonotrode 3 mm. Shigjetat tregojnë vendin e ndarjes (eksfolimit) me flluska të kavitacionit që depërtojnë në çarje.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modelimi ka treguar se nëse energjia sipërfaqësore e tretësit është e ngjashme me atë të materialit të shtresuar, diferenca e energjisë midis gjendjeve të eksfoluara dhe të agreguara do të jetë shumë e vogël, duke hequr forcën lëvizëse për ri-grumbullim. Kur krahasohen me metodat alternative të trazimit dhe prerjes, trazuesit tejzanor siguruan një burim energjie më efektiv për eksfolimin, duke çuar në demonstrimin e eksfolimit të TaS me ndihmën e ndërthurjes së joneve.₂, NbS₂, dhe MoS₂, si dhe oksidet me shtresa. (krh. Nicolosi et al., 2013)

Imazhet TEM të nanofletave të eksfoluara në mënyrë të lëngshme tejzanor: (A) Një nanofletë grafeni e eksfoluar me anë të sonication në tretësin N-metil-pirrolidone. (B) Një nanofletë h-BN e eksfoluar me anë të sonication në izopropanol tretës. (C) Një nanofletë MoS2 e eksfoluar me anë të sonikimit në një tretësirë ujore surfaktant.
(Studim dhe fotografi: ©Nicolosi et al., 2013)

Protokollet e eksfolimit të lëngjeve me ultratinguj

Eksfolimi dhe shtrembërimi tejzanor i kseneve dhe nanomaterialeve të tjera me një shtresë është studiuar gjerësisht në kërkime dhe është transferuar me sukses në fazën e prodhimit industrial. Më poshtë ju paraqesim protokollet e zgjedhura të eksfolimit duke përdorur sonication.

Eksfolimi tejzanor i nanoflakeve të fosforit

Fosforeni (i njohur gjithashtu si fosfor i zi, BP) është një material monoelemental me shtresa 2D i formuar nga atomet e fosforit.
Në hulumtimin e Passaglia et al. (2018), është demonstruar përgatitja e suspensioneve të qëndrueshme të fosforen - metakrilat metil nga eksfolimi i fazës së lëngshme të asistuar nga sonikimi (LPE) i bP në prani të MMA i ndjekur nga polimerizimi radikal. Metil metakrilat (MMA) është një monomer i lëngshëm.

Protokolli për Eksfolimin e Lëngut tejzanor të Fosforenit

Pezullimet MMA_bPn, NVP_bPn dhe Sty_bPn u morën nga LPE në prani të monomerit të vetëm. Në një procedurë tipike, ~ 5 mg bP, e grimcuar me kujdes në një llaç, u vendos në një provëz dhe më pas u shtua një sasi e ponderuar e MMA, Sty ose NVP. Pezullimi i monomerit bP u sonikua për 90 minuta duke përdorur një homogjenizues Hielscher Ultrasonics UP200St (200W, 26kHz), i pajisur me sonotrode S26d2 (diametri i majës: 2 mm). Amplituda tejzanor u mbajt konstante në 50% me P = 7 W. Në të gjitha rastet, një banjë akulli u përdor për shpërndarje të përmirësuar të nxehtësisë. Pezullimet përfundimtare MMA_bPn, NVP_bPn dhe Sty_bPn u frynë më pas me N2 për 15 minuta. Të gjitha pezullimet u analizuan nga DLS, duke treguar vlera të rH vërtet afër asaj të DMSO_bPn. Për shembull, pezullimi MMA_bPn (që ka rreth 1% të përmbajtjes bP) u karakterizua nga rH = 512 ± 58 nm.
Ndërsa studimet e tjera shkencore mbi fosforinin raportojnë kohën e sonikimit prej disa orësh duke përdorur pastrues tejzanor, tretës me pikë vlimi të lartë dhe efikasitet të ulët, ekipi hulumtues i Passaglia demonstron një protokoll shumë efikas të eksfolimit me ultratinguj duke përdorur një aparat ultrasonik të tipit sondë (domethënë Modeli i ultrazërit Hielscher UP200St).

Eksfolimi tejzanor i nanofletave me një shtresë

Për të lexuar detaje më specifike dhe protokollet e eksfolimit për nanofletat e borofenit dhe oksidit të rutenit, ju lutemi ndiqni lidhjet më poshtë:
Borofen: Për protokollet e sonikacionit dhe rezultatet e eksfolimit të borofenit tejzanor, ju lutemi klikoni këtu!
RuO2: Për protokollet e sonikimit dhe rezultatet e eksfolimit të nanofletës me oksid ruteniumi tejzanor, ju lutemi klikoni këtu!

Eksfolimi tejzanor i nanofletave silicë me pak shtresa

Nanofletë silicë të eksfoluar me pak shtresa u përgatitën nga vermikuliti natyral (Verm) nëpërmjet eksfolimit tejzanor. Për sintezën e nanofletave të silicës së eksfoluar u aplikua metoda e mëposhtme e eksfolimit në fazë të lëngët: 40 mg nanofletë silicë u shpërndanë në 40 mL etanol absolut. Më pas, përzierja u bë tejzanor për 2 orë duke përdorur një procesor tejzanor Hielscher UP200St, të pajisur me një sonotrode 7 mm. Amplituda e valës së ultrazërit u mbajt konstante në 70%. U bë një banjë akulli për të shmangur mbinxehjen. SN i paeksfoluar u hoq me centrifugim në 1000 rpm për 10 min. Në fund, produkti u dekantua dhe u tha në temperaturën e dhomës nën vakum gjatë natës. (krh. Guo et al., 2022)

Sonda me ultratinguj me fuqi të lartë dhe reaktorë për eksfolimin e nanofletave Xenes

Hielscher Ultrasonics projekton, prodhon dhe shpërndan ultrasonikë të fortë dhe të besueshëm në çdo madhësi. Nga pajisjet kompakte ultrasonike laboratorike deri te sondat dhe reaktorët industrialë ultrasonikë, Hielscher ka sistemin ideal ultrasonik për procesin tuaj. Me përvojë të gjatë në aplikime të tilla si sinteza dhe shpërndarja e nanomaterialeve, stafi ynë i trajnuar mirë do t'ju rekomandojë konfigurimin më të përshtatshëm për kërkesat tuaja. Përpunuesit industrialë tejzanor Hielscher njihen si kuaj të besueshëm të punës në objektet industriale. Të aftë për të dhënë amplituda shumë të larta, ultrasonikët Hielscher janë idealë për aplikime me performancë të lartë si sinteza e kseneve dhe nanomaterialeve të tjera me një shtresë 2D si borofeni, fosforeni ose grafeni, si dhe për një shpërndarje të besueshme të këtyre nanostrukturave.
Ultratinguj jashtëzakonisht i fuqishëm: Hielscher Ultrasonics’ Përpunuesit industrialë tejzanor mund të japin amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara.
Cilësia më e lartë – Projektuar dhe prodhuar në Gjermani: Të gjitha pajisjet janë projektuar dhe prodhuar në selinë tonë në Gjermani. Para dorëzimit te klienti, çdo pajisje tejzanor testohet me kujdes nën ngarkesë të plotë. Ne përpiqemi për kënaqësinë e klientit dhe prodhimi ynë është i strukturuar për të përmbushur sigurimin më të lartë të cilësisë (p.sh. certifikimin ISO).

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: