Bornitrid nanorör – Exfolierad och dispergerad med hjälp av ultraljudsbehandling

Ultraljud tillämpas framgångsrikt på bearbetning och dispersion av bornitrid nanorör (BNNT). Högintensiv ultraljudsbehandling ger homogen utredning och distribution i olika lösningar och är därmed en avgörande bearbetningsteknik för att införliva BNNT i lösningar och matriser.

Ultraljud bearbetning av bornitrid nanorör

För att införliva bornitridnanorör (BNNT) eller bornitridnanostrukturer (BNN) såsom nanoark och nanoremsor i flytande lösningar eller polymermatriser krävs en effektiv och tillförlitlig dispersionsteknik. Ultraljudsdispersion ger den energi som krävs för att exfoliera, reda ut, dispergera och funktionalisera bornitrid nanorör och bornitrid nanostrukturer med hög effektivitet. De exakt kontrollerbara bearbetningsparametrarna för högintensivt ultraljud (dvs. energi, amplitud, tid, temperatur och tryck) gör det möjligt att individuellt anpassa bearbetningsförhållandena till det riktade processmålet. Detta innebär att ultraljudsintensiteten kan justeras med hänsyn till den specifika formuleringen (kvaliteten på BNNT, lösningsmedel, fast-vätska koncentration etc.), vilket ger optimala resultat.

Tillämpningarna av ultraljud BNNT och BNN bearbetning täcker hela skalan från den homogena dispersionen av tvådimensionella bornitrid nanostrukturer (2D-BNN), till deras funktionalisering och kemisk exfoliering av mono-lager hexagonal bornitrid. Nedan presenterar vi detaljerna om ultraljudsdispersion, exfoliering och funktionalisering av BNNT och BNN.

Ultraljudsdispersion av bornitrid nanorör

När bornitridnanorör (BNNT) används för att förstärka polymerer eller för att syntetisera nya material, krävs en enhetlig och tillförlitlig dispersion i matrisen. Ultraljudsdispergeringsmedel används i stor utsträckning för att sprida nanomaterial som CNT, metalliska nanopartiklar, kärnskalpartiklar och andra typer av nanopartiklar i en andra fas.
Ultraljudsdispersion har framgångsrikt tillämpats för att reda ut och fördela BNNT enhetligt i vattenhaltiga och icke-vattenhaltiga lösningar inklusive etanol, PVP-etanol, TX100-etanol samt olika polymerer (t.ex. polyuretan).
Ett vanligt använt ytaktivt ämne för att stabilisera en ultraljudsberedd BNNT-dispersion är en 1% wt natriumdodecylsulfat (SDS) lösning. Till exempel är 5 mg BNNT ultraljudsdispergerade i en injektionsflaska med 5 ml 1% viktprocent. SDS-lösning med hjälp av en ultraljudssonddispergeringsfunktion såsom UP200St (26 kHz, 200 W).

Vattenhaltig dispersion av BNNT med hjälp av ultraljud

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

Ytaktiva ämnen fri exfoliering av bornitrid nanoark med hjälp av ultraljudsbehandling

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 “ren” 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 “ren” 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.

Den sono-mekaniska dispersionsmetoden med ultraljudskavitation och skjuvkrafter är en rent fysisk blandningsmetod, som har visat sig kunna bunta ihop BNNT:er och stabilisera enskilda BNNT:er samtidigt som deras integritet och inneboende egenskaper bibehålls. Tillämpa lämplig ultraljudsenergi (Ws? ml), dvs justerad amplitud och ultraljudsbehandling varaktighet, kan ultraljudsdispersion reda ut och sprida BNNTS enhetligt. Högre amplituder och längre ultraljudsbehandling kan tillämpas om längden på bornitrid nanorör bör minskas. Läs mer om ultraljudsstorleksreduktion och längdskärning av BNNT i nästa avsnitt.

Ultraljud storleksreduktion och skärning av bornitrid nanorör

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.

Högpresterande ultraljudsapparater för BNNT-bearbetning

De smarta funktionerna i Hielscher ultraljudsapparater är utformade för att garantera tillförlitlig drift, reproducerbara resultat och användarvänlighet. Driftinställningar kan enkelt nås och ställas in via en intuitiv meny, som kan nås via en digital färgpekskärm och webbläsarens fjärrkontroll. 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 att optimera exfoliering och dispersionsprocessen av bornitrid nanorör och nanomaterial till högsta effektivitet.
Hielscher ultraljudssystem används över hela världen för tillverkning av högkvalitativa BNNTs. Hielscher industriella ultraljudsapparater kan enkelt köra höga amplituder i kontinuerlig drift (24/7/365). Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt genereras kontinuerligt med vanliga sonotroder (ultraljudssonder? horn). För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. På grund av deras robusthet och låga underhåll installeras våra ultraljudsexfolierings- och dispersionssystem vanligtvis för tunga applikationer och i krävande miljöer.
Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.
Hielscher ultraljudsprocessorer för dispersion och exfoliering av bornitrid nanorör samt CNT och grafen är redan installerade över hela världen i kommersiell skala. Kontakta oss nu för att diskutera din BNNT-tillverkningsprocess! Vår erfarna personal delar gärna med sig av mer information om exfolieringsprocessen, ultraljudssystem och priser!
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: