Наноцеви бор нитрида – Пилинг и распршен коришћењем соникације

Ултразвук се успешно примењује на обраду и дисперзију наноцеви бор нитрида (БННТ). Соникација високог интензитета обезбеђује хомогено расплетање и дистрибуцију у различитим растворима и стога је кључна техника обраде за уградњу БННТ-а у растворе и матрице.

Ултразвучна обрада наноцеви бор нитрида

Да би се наноцеви бор нитрида (БННТ) или наноструктуре бор нитрида (БНН) као што су наноплоче и нано траке уградиле у течне растворе или полимерне матрице, потребна је ефикасна и поуздана техника дисперзије. Ултразвучна дисперзија обезбеђује потребну енергију за ексфолијацију, распетљавање, дисперговање и функционализацију наноцеви бор нитрида и наноструктура бор нитрида са високом ефикасношћу. Прецизно контролисани параметри обраде ултразвука високог интензитета (тј. енергија, амплитуда, време, температура и притисак) омогућавају да се индивидуално прилагоде услови обраде циљаном циљу процеса. То значи да се ултразвучни интензитет може подесити у односу на специфичну формулацију (квалитет БННТ-а, растварач, концентрација чврста-течност итд.), чиме се добијају оптимални резултати.

Примене ултразвучне обраде БННТ и БНН покривају читав опсег од хомогене дисперзије дводимензионалних наноструктура бор нитрида (2Д-БНН), до њихове функционализације и хемијског пилинга једнослојног хексагоналног бор нитрида. У наставку представљамо детаље о ултразвучној дисперзији, пилингу и функционализацији БННТ-а и БНН-а.

Ултразвучна дисперзија наноцеви бор нитрида

Када се наноцеви бор нитрида (БННТ) користе за ојачавање полимера или за синтезу нових материјала, потребна је униформна и поуздана дисперзија у матрици. Ултразвучни дисперзатори се широко користе за дисперговање нано материјала као што су ЦНТ, металне наночестице, честице језгра-љуске и друге врсте нано честица у другу фазу.
Ултразвучна дисперзија је успешно примењена за растављање и равномерну дистрибуцију БННТ-а у воденим и неводеним растворима укључујући етанол, ПВП етанол, ТКС100 етанол као и разне полимере (нпр. полиуретан).
Уобичајено коришћен сурфактант за стабилизацију ултразвучно припремљене БННТ дисперзије је раствор натријум додецил сулфата (СДС) од 1 теж. На пример, 5 мг БННТ се ултразвучно диспергује у бочици са 5 мЛ 1% теж. СДС решење коришћењем ултразвучног дисперзатора типа сонде као што је УП200Ст (26кХз, 200В).

Водена дисперзија БННТ-а коришћењем ултразвука

Због јаких ван дер Валсових интеракција и хидрофобне површине, наноцеви од бор нитрида су слабо дисперзибилне у растворима на бази воде. Да би решили ове проблеме, Јеон ет ал. (2019) користили су Плурониц П85 и Ф127, који имају и хидрофилне групе и хидрофобне групе да би функционализовали БННТ под соникацијом.

Пилинг нано плоча бор нитрида без површински активних материја коришћењем ултразвука

Lin et al. (2011) present a clean method of exfoliation and dispersion of hexagonal boron nitride (h-BN). Hexagonal boron nitride is traditionally considered to be insoluble in water. However, they were able to demonstrate that water is effective to exfoliate the layered h-BN structures using ultrasonication, forming “чист” aqueous dispersions of h-BN nanosheets without the use of surfactants or organic functionalization. This ultrasonic exfoliation process produced few-layered h-BN nanosheets as well as monolayered nanosheet and nanoribbon species. Most nanosheets were of reduced lateral sizes, which was attributed to the cutting of parent h-BN sheets induced by the sonication-assisted hydrolysis (corroborated by the ammonia test and spectroscopy results). The ultrasonically induced hydrolysis also promoted the exfoliation of h-BN nanosheets in assistance to the polarity effect of the solvent. The h-BN nanosheets in these “чист” aqueous dispersions exhibited good processability via solution methods retaining their physical characteristics. The dispersed h-BN nanosheets in water also exhibited strong affinity toward proteins such as ferritin, suggesting that the nanosheet surfaces were available for further bio-conjugations.

Метода соно-механичке дисперзије која користи ултразвучну кавитацију и силе смицања је чисто физички приступ мешања, за који је доказано да је способан да раздвоји БННТ и стабилизује појединачне БННТ уз одржавање њиховог интегритета и интринзичних својстава. Применом одговарајуће ултразвучне енергије (Вс/мЛ), тј. прилагођене амплитуде и трајања ултразвучне обраде, ултразвучна дисперзија може равномерно да распетља и распрши БННТС. Веће амплитуде и дужа соникација се могу применити ако треба смањити дужину наноцеви бор нитрида. Прочитајте више о ултразвучном смањењу величине и резању дужине БННТ-а у следећем одељку.

Ултразвучно смањење величине и сечење наноцеви бор нитрида

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.

Ултрасоникатори високих перформанси за БННТ обраду

Паметне карактеристике Хиелсцхер ултрасоницатора су дизајниране да гарантују поуздан рад, поновљиве резултате и једноставност за коришћење. Оперативним подешавањима се може лако приступити и бирати их преко интуитивног менија, коме се може приступити преко дигиталног екрана осетљивог на додир у боји и даљинског управљача претраживача. Због тога се сви услови обраде као што су нето енергија, укупна енергија, амплитуда, време, притисак и температура аутоматски снимају на уграђену СД картицу. Ово вам омогућава да ревидирате и упоредите претходне серије соникације и да оптимизујете процес пилинга и дисперзије наноцеви и наноматеријала бор нитрида до највеће ефикасности.
Хиелсцхер Ултрасоницс системи се користе широм света за производњу висококвалитетних БННТ-ова. Хиелсцхер индустријски ултрасоникатори могу лако покренути високе амплитуде у континуираном раду (24/7/365). Амплитуде до 200 µм могу се лако континуирано генерисати помоћу стандардних сонотрода (ултразвучне сонде/трубе). За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Због своје робусности и ниског одржавања, наши ултразвучни системи за пилинг и дисперзију се обично инсталирају за тешке примене и у захтевним окружењима.
Hielscher Ultrasonics’ индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома велике амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.
Хиелсцхер ултразвучни процесори за дисперзију и ексфолијацију наноцеви бор нитрида, као и ЦНТ и графена, већ су инсталирани широм света у комерцијалним размерама. Контактирајте нас сада да разговарамо о вашем БННТ производном процесу! Наше искусно особље ће радо поделити више информација о процесу пилинга, ултразвучним системима и ценама!
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: