Hielscher Ultrasonics
Vi diskuterar gärna din process.
Ring oss: +49 3328 437-420
Maila oss: info@hielscher.com

Ultraljud borofensyntes i industriell skala

Borofen, ett tvådimensionellt nanostrukturerat derivat av bor, kan effektivt syntetiseras via en enkel och billig ultraljudsexfoliering. Ultraljud vätskefasexfoliering kan användas för att producera stora mängder högkvalitativa borofennanoark. Ultraljudsexfolieringstekniken används i stor utsträckning för att producera 2D-nanomaterial (t.ex. grafen) och är välkänd för sina fördelar med högkvalitativa nanoark, höga utbyten, snabb och enkel drift samt övergripande effektivitet.

Ultraljud exfoliering metod för borofenberedning

Ultraljudsapparater av sondtyp är den föredragna metoden för effektiv borofenexfoliering.Ultraljudsdriven vätskefasexfoliering används i stor utsträckning för att framställa 2D-nanoark från olika bulkprekursorer inklusive grafit (grafen), bor (borofen) bland andra. Jämfört med den kemiska exfolieringstekniken anses ultraljudsassisterad vätskefasexfoliering vara den mer lovande strategin för att förbereda 0D- och 2D-nanostrukturer som borkvantprickar (BQD) och borofen. (jfr Wang et al., 2021)
Schemat till vänster visar den ultraljudsmässiga lågtemperaturvätskeexfolieringsprocessen för 2D-borofenark med få lager. (Studie och bild: ©Lin et al., 2021.)

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudsreaktor för storskalig borofenexfoliering. Reaktorn i rostfritt stål är utrustad med en kraftfull industriell 2000 watt ultraljudsapparat (20kHz).

Sonokemisk reaktor utrustad med en 2000 watt industriell ultraljudsprocessor UIP2000hdT För storskalig borofenexfoliering.

Fallstudier av ultraljud borofen exfoliering

Exfoliering och delaminering med hjälp av kraftultraljud i en vätskefasprocess har studerats i stor utsträckning och framgångsrikt tillämpats på borofen och andra borderivat som borkvantprickar, bornitrid eller magnesiumdiborid.

α-borofen

I studien utförd av Göktuna och Taşaltın (2021) framställdes α borofen via en enkel och billig ultraljudsexfoliering. De ultraljudssyntetiserade borofennanoarken uppvisar en α borofenkristallin struktur.
Protokoll: 100 mg bor mikropartiklar sonikerades i 100 ml DMF vid 200 W (t.ex. med hjälp av UP200St med S26d14) i 4 timmar i ett kväve (N2) flödeskontrollerad kabin för att förhindra oxidation under ultraljudsexfoliering i vätskefas. Lösningen av exfolierade borpartiklar centrifugerades med 5000 rpm respektive 12 000 rpm i 15 minuter, sedan samlades borofen försiktigt upp och torkades i vakuum i 4 timmar vid 50 °C. (jfr Göktuna och Taşaltın, 2021)

Processteg för borofenexfoliering med hjälp av ultraljudsdelamineringsteknik

Schematisk illustration av borofen med få lager exfolierade av sondens ultraljudsassisterade solvotermiska behandlingsprocess.
Studie och bild: ©Zhang et al., 2020

Borofen i några lager

Zhang et al. (2020) rapporterar en acetonsolvotermisk exfolieringsteknik i vätskefas, som möjliggör produktion av högkvalitativ borofen med stor horisontell storlek. Med hjälp av acetonets svällande effekt fuktades borpulverprekursorn först i aceton. Sedan, den våta bor prekursorn var ytterligare solvotermiskt behandlad i aceton vid 200ºC, följt av ultraljudsbehandling med en sond-typ sonikator vid 225 W i 4 timmar. Borfas med några lager bor och en horisontell storlek upp till 5,05 mm erhölls äntligen. Acetonsolvotermisk assisterad vätskefasexfolieringsteknik kan användas för att framställa bornanoark med stora horisontella storlekar och av hög kvalitet. (jfr Zhang et al., 2020)
När XRD-mönstret av det ultraljudsexfolierade borofenet jämförs med bulkborprekursorn kan ett liknande XRD-mönster observeras. De flesta av de stora diffraktionstopparna kan indexeras till b-romboedrisk bor, vilket tyder på att den kristallina strukturen nästan är bevarad före och efter exfolieringsbehandlingen.

Ultraljudsexfolierad borofen

SEM-bilder med låg upplösning (a) och hög upplösning (b) av borofen med få lager erhållna genom ultraljudsassisterad solvotermisk exfoliering i aceton
Studie och bild: ©Zhang et al., 2020

Ultraljudsexfolieringsprocessen av borofen bevarar dess kristallina struktur.

XRD-mönster (a) och Raman-spektra (b) av obehandlat bulkbor och borofen med få lager erhållna genom sondultraljudsassisterad solvotermisk exfoliering.
Studie och bild: ©Zhang et al., 2020

Sonokemisk syntes av borna kvantprickar

Hao et al. (2020) framställde framgångsrikt storskaliga och enhetliga kristallina halvledarborkvantprickar (BQD) från expanderat borpulver i acetonitril, ett mycket polärt organiskt lösningsmedel, med hjälp av en kraftfull ultraljudsapparat av sondtyp (t.ex. UP400St, UIP500hdT eller UIP1000hdT). De syntetiserade borkvantprickarna med en lateral storlek på 2,46 ±0,4 nm och en tjocklek på 2,81 ±0,5 nm.
Protokoll: I en typisk beredning av bor kvantprickar, 30 mg av borpulvret tillsattes först i en trehalsad kolv och sedan 15 ml acetonitril tillsattes i flaskan före ultraljudsprocessen. Exfolieringen utfördes med en uteffekt på 400 W (t.ex. med hjälp av UIP500hdT), 20 kHz frekvens och ultraljudstid på 60 min. För att undvika överhettning av lösningen under ultraljud användes kylning med hjälp av ett isbad eller laboratoriekylare för en konstant temperatur. Den resulterande lösningen centrifugerades vid 1500 rpm i 60 minuter. Supernatanten som innehöll borkvantprickar extraherades försiktigt. Alla experiment utfördes i rumstemperatur. (jfr Hao et al., 2020)
I studien av Wang et al. (2021) förbereder forskaren också borkvantprickar med hjälp av ultraljudstekniken för vätskefasexfoliering. De erhöll monodispersionerad bor kvantprick med en smal storleksfördelning, utmärkt dispergerbarhet, hög stabilitet i IPA-lösning och två-fotofluorescens.

Ultraljudssyntetiserade borkvantprickar.

TEM-bilder och den motsvarande diameterfördelningen av BQD:er framställda under olika ultraljudsförhållanden. a) TEM-bild av BQDs-2 syntetiserad vid 400 W under 2 timmar. b) TEM-bild av BQDs-3 syntetiserad vid 550 W under 1 timme. c) TEM-bild av BQDs-3 syntetiserad vid 400 W under 4 timmar. d) Diameterfördelning av kvantprickar erhållna från (a). e) Diameterfördelningen för de kvantprickar som erhållits från (b). f) Diameterfördelningen av de kvantprickar som erhålls från (c).
Studie och bild: ©Hao et al., 2020

Ultraljud exfoliering av magnesium diborid nanoark

Exfolieringsprocessen utfördes genom att suspendera 450 mg magnesiumdiborid
(MgB2) pulver (ca 100 maskstorlek / 149 mikron) i 150 ml vatten och utsätta det för ultraljud i 30 minuter. Ultraljudsexfolieringen kan utföras med en ultraljudsapparat av sondtyp som t.ex. UP200Ht eller UP400St med en amplitud på 30 % och cykelläge på 10 sek på/av-pulser. Ultraljudsexfolieringen resulterar i en mörk svart suspension. Den svarta färgen kan tillskrivas färgen på det orörda MgB2-pulvret.

Videon visar den mycket effektiva dispersionen av kimrök. Ultraljudsprocessorn som används är en Hielscher UP200St ultraljudsapparat, som är idealisk för att förbereda små till medelstora satser av högkvalitativa dispersioner. För stora volymer levererar Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudssystem för kontinuerlig inline-dispersion.

Ultrasonicator UP200St (200W) dispergering kimrök i vatten med hjälp av 1% wt Tween80 som ytaktivt ämne

Miniatyr av video

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudsexfoliering av grafen i vatten

En höghastighetssekvens (från a till f) av bilder som illustrerar sono-mekanisk exfoliering av en grafitflaga i vatten med hjälp av UP200S, en 200W ultraljudsapparat med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för delning (exfoliering) med kavitationsbubblor som tränger in i delningen.
© Tyurnina et al. 2020

Kraftfulla ultraljudsapparater för borofenexfoliering i alla skalor

Hielscher ultraljudsapparater kan fjärrstyras via webbläsarkontroll. Ultraljudsbehandling parametrar kan övervakas och justeras exakt till processkraven.Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar robusta och pålitliga ultraljudsapparater i alla storlekar. Från kompakta ultraljudsenheter för labb till industriella ultraljudssonder och reaktorer, Hielscher har det perfekta ultraljudssystemet för din process. Med lång erfarenhet av tillämpningar som syntes och dispersion av nanomaterial kommer vår välutbildade personal att rekommendera dig den lämpligaste lösningen för yfatbehov. Hielscher industriella ultraljudsprocessorer är kända som pålitliga arbetshästar i industriella anläggningar. Kapabla att leverera mycket höga amplituder, Hielscher ultraljudsapparater är idealiska för högpresterande applikationer såsom borofen eller grafen exfoliering samt nanomaterialdispersioner. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.
All utrustning är designad och tillverkad i vårt huvudkontor i Tyskland. Innan leverans till kunden testas varje ultraljudsenhet noggrant under full belastning. Vi strävar efter kundnöjdhet och vår produktion är strukturerad för att uppfylla högsta kvalitetssäkring (t.ex. ISO-certifiering).

Varför Hielscher Ultrasonics?

  • Hög effektivitet
  • Toppmodern teknik
  • tillförlitlighet & robusthet
  • batch & Inline
  • för vilken volym som helst
  • Intelligent programvara
  • Smarta funktioner (t.ex. dataprotokoll)
  • CIP (clean-in-place)

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Batchvolym Flöde Rekommenderade enheter
1 till 500 ml 10 till 200 ml/min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L/min UIP2000hdT
10 till 100L 2 till 10L/min UIP4000hdT
N.A. 10 till 100 L/min UIP16000
N.A. Större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsprocessorer, applikationer och pris. Vi diskuterar gärna din process med dig och erbjuder dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera våra integritetspolicy.




Homogenisatorer med ultraljudshög skjuvning används i laboratorier, bänkskivor, piloter och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandningsapplikationer, dispersion, emulgering och extraktion i labb-, pilot- och industriell skala.



Litteratur / Referenser

Fakta som är värda att veta

borofen

Borofen är ett kristallint atomärt monolager av bor, dvs det är en tvådimensionell allotrop av bor (även kallad bornanoark). Dess unika fysikaliska och kemiska egenskaper gör borofen till ett värdefullt material för många industriella tillämpningar.
Boraphens exceptionella fysikaliska och kemiska egenskaper inkluderar unika mekaniska, termiska, elektroniska, optiska och supraledande aspekter.
Detta öppnar möjligheter att använda borofen för applikationer i alkalimetalljonbatterier, Li-S-batterier, vätgaslagring, superkondensator, syrereduktion och evolution, samt CO2-elektroreduktionsreaktion. Särskilt stort intresse riktas mot borofen som anodmaterial för batterier och som lagringsmaterial för vätgas. På grund av hög teoretisk specifik kapacitet, elektronisk ledningsförmåga och jontransportegenskaper kvalificerar sig borofen som ett utmärkt anodmaterial för batterier. På grund av den höga adsorberionskapaciteten från väte till borofen erbjuder den stor potential för vätgaslagring – med en stroagekapacitet på över 15 % av dess vikt.

Borofen för vätgaslagring

Tvådimensionella (2D) borbaserade material får mycket uppmärksamhet som H2-lagringsmedia på grund av den låga atommassan hos bor och stabiliteten hos dekorerande alkalimetaller på ytan, vilket förbättrar interaktionerna med H2. Tvådimensionella borofennanoark, som lätt kan syntetiseras med hjälp av ultraljudsexfoliering i vätskefas som beskrivs ovan, har visat en god affinitet för olika metalldekorerande atomer, där kluster av metallatomer kan förekomma. Genom att använda en mängd olika metalldekorationer, såsom Li, Na, Ca och Ti på olika borofenpolymorfer, har imponerande H2-gravimetriska densiteter erhållits från 6 till 15 viktprocent, vilket överstiger det amerikanska energidepartementets (DOE) krav på inbyggd lagring på 6,5 viktprocent H2. (jfr Habibi et al., 2021)


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.

Vi diskuterar gärna din process.

Let's get in contact.