Nanorör för bornitrid – Exfolierad och spridd med ultraljudsbehandling

Ultraljud tillämpas framgångsrikt på bearbetning och spridning av bornitridnanorör (BNNTs). Högintensiv ultraljudsbehandling ger homogen detangling och distribution i olika lösningar och är därmed en avgörande bearbetningsteknik för att införliva BNNTs i lösningar och matriser.

Ultraljud bearbetning av bor nitrid nanorör

För att införliva nanorör av bornitridnanorör (BNNTs) eller bornitridnanostrukturer (BNN) såsom nanoblad och nanoribboner i flytande lösningar eller polymera matriser krävs en effektiv och tillförlitlig spridningsteknik. Ultraljud dispersion ger den energi som krävs för att exfoliera, detangle, sprida och functionalize bornitrid nanorör och bornitrid nanostrukturer med hög effektivitet. De exakt kontrollerbara bearbetningsparametrarna för högintensiv ultraljud (dvs. energi, amplitud, tid, temperatur och tryck) gör det möjligt att individuellt justera bearbetningsförhållandena till det riktade processmålet. Detta innebär att ultraljud intensitet kan justeras med avseende på den specifika formuleringen (kvaliteten på BNNTs, lösningsmedel, fast-flytande koncentration etc.), vilket ger optimala resultat.

Tillämpningarna av ultraljud BNNT och BNN bearbetning täcker hela intervallet från homogen spridning av tvådimensionella bornitrid nanostrukturer (2D-BNNs), till deras funktionalisering och kemiska exfoliering av mono-layer sexkantiga bornitrid. Nedan presenterar vi detaljer om ultraljud dispersion, exfoliering och funktionalisering av BNNTs och BNNs.

Ultraljud dispersion av Boron Nitride Nanotubes

När nanorör av bornitrid (BNNTs) används för att förstärka polymerer eller syntetisera nya material krävs en enhetlig och tillförlitlig spridning i matrisen. Ultraljudsdisperser används ofta för att sprida nanomaterial som CNT, metalliska nanopartiklar, kärnskalpartiklar och andra typer av nanopartiklar i en andra fas.
Ultraljud dispersion har framgångsrikt tillämpats för att detangle och distribuera BNNTs enhetligt i vattenhaltiga och icke-vattenhaltiga lösningar inklusive etanol, PVP etanol, TX100 etanol samt olika polymerer (t.ex. polyuretan).
En vanlig begagnad tensid för att stabilisera en ultraljud beredda BNNT dispersion är en 1%wt natrium dodecyl sulfat (SDS) lösning. Till exempel är 5 mg BNNTs ultraljud spridda i en flaska med 5 ml 1%wt. SDS-lösning med hjälp av en ultraljud sond-typ spridare såsom UP200St (26kHz, 200W).

Vattenhaltig spridning av BNNTs med ultraljud

På grund av deras starka van der Waals-interaktioner och hydrofobiska yta är nanorör av bornitrid dåligt spridda i vattenbaserade lösningar. För att lösa dessa problem använde Jeon et al. (2019) Pluronic P85 och F127, som har både hydrofila grupper och hydrofobiska grupper för att funktionalisera BNNT under ultraljudsbehandling.

Tensidfri exfoliering av bornitridnanblad med hjälp av ultraljudsbehandling

Lin et al. (2011) presenterar en ren metod för exfoliering och spridning av sexkantig bornitrid (h-BN). Sexkantig bornitrid anses traditionellt vara olöslig i vatten. De kunde dock visa att vatten är effektivt för att exfoliera de skiktade h-BN-strukturerna med ultraljud, bildar "rena" vattenhaltiga dispersioner av h-BN nanoblad utan användning av tensider eller organisk funktionalisering. Denna ultraljud exfoliering process producerade få-skiktade h-BN nanosheets samt monolayered nanosheet och nanoribbon arter. De flesta nanoblad var av reducerade laterala storlekar, vilket tillskrevs skärning av överordnade h-BN ark framkallas av ultraljudsbehandling-assisterad hydrolys (bekräftas av ammoniak test och spektroskopi resultat). Ultraljud inducerad hydrolys främjade också exfoliering av h-BN nanosheets i hjälp till polaritet effekten av lösningsmedlet. H-BN nanosheets i dessa "rena" vattenhaltiga dispersioner uppvisade god processabarhet via lösningsmetoder som behåller sina fysiska egenskaper. De spridda h-BN nanobladen i vatten uppvisade också stark affinitet mot proteiner som ferritin, vilket tyder på att nanobladytorna var tillgängliga för ytterligare biokonjugationer.

Sono-mekanisk dispersion metod med ultraljud kavitation och shear krafter är en rent fysisk blandning strategi, som har visat sig kunna debundling BNNTs och stabilisera enskilda BNNTs samtidigt upprätthålla deras integritet och inneboende egenskaper. Applicera lämplig ultraljud energi (Ws/mL), dvs justerad amplitud och ultraljudsbehandling varaktighet, ultraljud dispersion kan detangle och skingra BNNTS enhetligt. Högre amplituder och längre ultraljudsbehandling kan tillämpas om längden på bornitridnanorörerna bör minskas. Läs mer om ultraljud storlek minskning och längd skärning av BNNTs i nästa avsnitt.

Ultraljud storlek minskning och skärning av bornitrid nanorör

Längden på bornitridnanorör spelar en avgörande roll när det gäller efterföljande bearbetning av BNNTs till polymerer och andra funktionaliserade material. Därför är det ett viktigt faktum att ultraljudsbehandling av BNNTs i lösningsmedel inte bara kunde separera BNNTs individuellt, men också förkorta bambu strukturerade BNNTs under kontrollerade förhållanden. De förkortade BNNTs har en mycket lägre chans att bunta under sammansatt beredning. Lee at al. (2012) visade att längden på funktionella BNNTs kan förkortas effektivt från >10μm till ∼500nm genom ultraljud. Deras experiment tyder på att effektiv ultraljud spridning av BNNT i lösning är nödvändigt för sådan skärning av BNNT storlek minskning och skärning.

Högpresterande ultraljud för BNNT-bearbetning

De smarta funktionerna hos Hielscher ultrasonicators är utformade för att garantera tillförlitlig drift, reproducerbara resultat och användarvänlighet. Driftsinställningar kan enkelt nås och ringas upp via intuitiv meny, som kan nås via digital färgpekskärm och webbläsarfjärrkontroll. Därför registreras alla bearbetningsförhållanden som nettoenergi, total energi, amplitud, tid, tryck och temperatur automatiskt på ett inbyggt SD-kort. Detta gör att du kan revidera och jämföra tidigare ultraljudsbehandling körningar och optimera exfolierings- och spridningsprocessen för bornitridnanorör och nanomaterial till högsta effektivitet.
Hielscher Ultrasonics system används över hela världen för tillverkning av högkvalitativa BNNTs. Hielscher industriella ultrasonicators kan enkelt köra höga amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt kontinuerligt genereras med standard sonotrodes (ultraljud sonder / horn). För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljud sonotrodes tillgängliga. På grund av deras robusthet och låga underhåll installeras våra ultraljud exfolierings- och dispersionssystem ofta för tunga applikationer och i krävande miljöer.
Hielscher Ultrasonics’ industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotrodes.
Hielscher ultraljud processorer för spridning och exfoliering av bornitrid nanorör samt CNTs och grafen är redan installerade över hela världen på kommersiell skala. Kontakta oss nu för att diskutera din BNNT-tillverkningsprocess! Vår väl erfarna personal delar gärna med sig av mer information om exfolieringsprocessen, ultraljudssystem och prissättning!
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: