Ultraljud Exfoliering av Xenes

Xener är 2D monoelementala nanomaterial med extraordinära egenskaper som mycket hög yta, anisotropa fysiska / kemiska egenskaper inklusive överlägsen elektrisk ledningsförmåga eller draghållfasthet. Ultraljud exfoliering eller delamination är en effektiv och pålitlig teknik för att producera enskikts 2D nanosheets från skiktade prekursormaterial. Ultraljud exfoliering är redan etablerad för produktion av högkvalitativa xenes nanoblad i industriell skala.

Xenes – Monolayer nanostrukturer

Ultraljud exfolierad boropheneXener är monoskikt (2D), monoelementala nanomaterial, som har en grafenliknande struktur, kovalentbindning inom skiktet och svaga van der Waals-krafter mellan skikten. Exempel på material, som ingår i xenesklassen, är borofener, silicene, germanene, stanene, fosforen (svart fosfor), arsen, bismuthene och telluren och antimonen. På grund av deras enskikts 2D-struktur charcteriseras xenes nanomaterial av en mycket stor yta samt förbättrade kemiska och fysiska reaktiveringar. Dessa strukturella egenskaper ger xenes nanomaterial imponerande fotoniska, katalytiska, magnetiska och elektroniska egenskaper och gör dessa nanostrukturer mycket intressanta för många industriella tillämpningar. Bilden till vänster visar SEM bilder av ultraljud exfolierade borophene.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud reaktor för industriell exfoliering av 2D nanosheets såsom xenes (t.ex. borophene, silicene, germanene, stanene, fosforen (svart fosfor), arsenen, bismuthene, och tellurene och antimonen).

Reaktor med 2000 watt ultrasonicator UIP2000hdT för storskalig exfoliering av xenes nanoblad.

Produktion av Xenes Nanomaterials med ultraljud Delamination

Flytande exfoliering av skiktade nanomaterial: Enskikts 2D-nanoblad tillverkas av oorganiska material med skiktade strukturer (t.ex. grafit) som består av löst staplade värdlager som visar expansion från lager till lager eller svullnad vid interskalering av vissa joner och/eller lösningsmedel. Exfoliering, där den skiktade fasen klyvs i nanoblad, åtföljer vanligtvis svullnaden på grund av de snabbt försvagade elektrostatiska attraktionerna mellan de skikt som producerar kolloidal dispersion av de enskilda 2D-lagren eller arken. (jfr Geng et al,, 2013) I allmänhet är det känt att svullnad underlättar exfoliering genom ultraljud och resulterar i negativt laddade nanoblad. Kemisk förbehandling underlättar också exfoliering med hjälp av ultraljudsbehandling i lösningsmedel. Till exempel tillåter funktionalisering exfoliering av skiktade dubbla hydroxider (LDHs) i alkoholer. (jfr Nicolosi et al., 2013)
För ultraljud exfoliering / delaminering utsätts det skiktade materialet för kraftfulla ultraljudsvågor i ett lösningsmedel. När energitäta ultraljud vågor är kopplade till en vätska eller flytgödsel, akustisk aka ultraljud kavitation uppstår. Ultraljud kavitation kännetecknas av kollaps av vakuumbubblor. Ultraljudsvågorna färdas genom vätskan och genererar alternerande lågtrycks- / högtryckscykler. Minutvakuumbubblor uppstår under en lågtryckscykel (rarefaction) och växer över olika lågtrycks- / högtryckscykler. När en kavitationsbubbla når den punkt där den inte kan absorbera ytterligare energi imploderar bubblan våldsamt och skapar lokalt mycket energitäta förhållanden. En kavitationell hot-spot bestäms av mycket högt tryck och temperatur, respektive tryck och temperaturskillnader, höghastighets flytande jets och skjuvningskrafter. Dessa sonomekaniska och sonokemiska krafter driver lösningsmedlet mellan de staplade lagren och uppbrottsskiktade partiklar och kristallina strukturer och producerar därmed exfolierade nanoblad. Bildsekvensen nedan visar exfolieringsprocessen genom ultraljud kavitation.

Ultraljud grafen exfoliering i vatten

En höghastighetssekvens (från a till f) av ramar som illustrerar sonomekanisk exfoliering av en grafitflake i vatten med hjälp av UP200S, en 200W ultrasonicator med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för delning (exfoliering) med kavitationsbubblor som tränger in i delningen.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modellering har visat att om lösningsmedlets ytenergi liknar den för det skiktade materialet, kommer energiskillnaden mellan exfolierade och omaggregerade tillstånd att vara mycket liten, vilket tar bort drivkraften för omaggregering. Jämfört med alternativa omrörnings- och skjuvmetoder gav ultraljudsrörare en effektivare energikälla för exfoliering, vilket ledde till demonstration av jonintercalation-assisterad exfoliering av TaS2Nbs2, och MoS2, samt skiktade oxider. (jfr Nicolosi et al., 2013)

Ultraljud är ett mycket effektivt och pålitligt verktyg för vätskeexfoliering av nanoblad som grafen och xener.

TEM bilder av ultraljud flytande exfolierade nanosheets: (A) En grafen nanoblad exfolieras med hjälp av ultraljudsbehandling i lösningsmedlet N-metyl-pyrrolidone. (B) Ett h-BN nanoblad exfolierat med hjälp av ultraljudsbehandling i lösningsmedlet isopropanol. C) Ett MoS2 nanoblad exfolierat med hjälp av ultraljudsbehandling i en vattenhaltig tensidlösning.
(Studie och bilder: ©Nicolosi et al., 2013)

Ultraljud Likvid-Exfoliering Protokoll

Ultraljud exfoliering och delamination av xenes och andra monolayer nanomaterial har studerats i stor utsträckning i forskning och överfördes framgångsrikt till industriell produktion. Nedan presenterar vi dig utvalda exfoliering protokoll med ultraljudsbehandling.

Ultraljud Exfoliering av fosforen nanoflakes

Fosforen (även känd som svart fosfor, BP) är ett 2D-skiktat, monoelementalt material som bildas av fosforatomer.
I forskningen av Passaglia et al. (2018) påvisas beredning av stabila suspensioner av fosforen − metyletmetakullat genom ultraljudsbehandling-assisterad vätskefas exfoliering (LPE) av bP i närvaro av MMA följt av radikal polymerisation. Metylmetakelat (MMA) är en flytande monomer.

Protokoll för ultraljud flytande exfoliering av fosforen

MMA_bPn, NVP_bPn och Sty_bPn suspensioner erhölls av LPE i närvaro av den enda monomeren. I ett typiskt förfarande, ∼5 mg bP, försiktigt krossas i en murbruk, sattes i ett provrör och sedan en viktad mängd MMA, Sty eller NVP tillsattes. Monomer bP suspensionen sonicateds i 90 min med hjälp av en Hielscher Ultrasonics homogenizer UP200St (200W, 26kHz), utrustad med sonotrode S26d2 (spetsdiameter: 2 mm). Ultraljud amplituden bibehölls konstant vid 50% med P = 7 W. I samtliga fall användes ett isbad för förbättrad värmeavledning. De sista MMA_bPn, NVP_bPn och Sty_bPn avstängningar, blev sedan insufflaterade med N2 i 15 minuter. Alla suspensioner analyserades av DLS, vilket visar rH-värden riktigt nära DMSO_bPn. Till exempel kännetecknades MMA_bPn suspension (med ca 1% av bP-innehållet) av rH = 512 ± 58 nm.
Medan andra vetenskapliga studier om fosforen rapporterar ultraljudstid på flera timmar med ultraljud renare, hög kokpunkt lösningsmedel, och låg effektivitet, forskargruppen i Passaglia visar en mycket effektiv ultraljud exfoliering protokoll med hjälp av en sond-typ ultraljud (dvs. UP200St).

Ultraljud Borophene Exfoliation

För ultraljudsbehandling protokoll och resultat av ultraljud borophene exfoliering, klicka här!

Ultraljud exfoliering av få-lager kiseldioxid nanoblad

SEM bild av ultraljud exfolierade kiseldioxid nanosheets.Få-lager exfolierade kiseldioxid nanosheets (E-SN) bereddes från naturliga vermikulit (Verm) via ultraljud exfoliering. För syntesen av exfolierade kiseldioxid nanosheets tillämpades följande vätskefas exfolieringsmetod: 40 mg kiseldioxid nanosheets (SN) skingrades i 40 ml absolut etanol. Därefter var blandningen ultraljud i 2 h med en Hielscher Ultraljuds processor UP200St, utrustad med en 7 mm sonotrode. Amplituden av ultraljud våg hölls konstant på 70%. Ett isbad applicerades för att undvika överhettning. Unexfoliated SN togs bort genom centrifugering vid 1000 rpm i 10 min. Slutligen dekanterades produkten och torkades vid rumstemperatur under vakuum över natten. (jfr Guo et al., 2022)

Ultraljud exfoliering av 2D monolayer nanosheets såsom xenes (t.ex. fosforen, borophene etc.) uppnås effektivt genom sond-typ ultraljudsbehandling.

Ultraljud exfoliering av monolayer nanoblad med ultraljudsapparat UP400St.


Ultraljud flytande exfoliering av enskikt nanoblad.

Ultraljud flytande exfoliering är mycket effektiv för produktion av xenes nanoblad. Bilden visar de 1000 watt kraftfulla UIP1000hdT.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljudssonder och reaktorer med hög effekt för exfoliering av Xenes nanoblad

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar robusta och pålitliga ultraljudsapparater i alla storlekar. Från kompakta labb ultraljud enheter till industriella ultraljud sonder och reaktorer, Hielscher har det perfekta ultraljud systemet för din process. Med lång erfarenhet av applikationer som nanomaterialsyntes och spridning kommer vår välutbildade personal att rekommendera dig den mest lämpliga installationen för dina behov. Hielscher industriella ultraljud processorer är kända som pålitliga arbetshästar i industriella anläggningar. Hielscher ultrasonicators kan leverera mycket höga amplituder och är idealiska för högpresterande tillämpningar såsom syntes av xener och andra 2D-monoskikt nanomaterial såsom borofen, fosforen eller grafen samt en tillförlitlig spridning av dessa nanostrukturer.
Utomordentligt kraftfull ultraljud: 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.
Högsta kvalitet – Designad och tillverkad i Tyskland: All utrustning är konstruerad och tillverkad i vårt huvudkontor i Tyskland. Före 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).

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch Volym Flödeshastighet Rekommenderade Devices
1 till 500 ml 10 till 200 ml / min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L / min UIP2000hdT
10 till 100 liter 2 till 10 1 / 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 ultraljudprocessorer, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.



Litteratur / Referenser

Fakta Värt att veta

Fosforen

Fosforen (även svarta fosfornanoblad/nanoflakes) uppvisar en hög rörlighet på 1000 cm2 V-1 s-1 för ett prov av tjocklek 5 nm med hög ström ON/OFF-förhållande på 105. Som en halvledare av p-typ har fosforen ett direkt bandgap på 0,3 eV. Dessutom har fosforen ett direkt bandgap som ökar upp till cirka 2 eV för monolagret. Dessa materialegenskaper gör nanoblad av svart fosfor till ett lovande material för industriella tillämpningar inom nanoelektroniska och nanofotoniska enheter, som täcker hela det synliga spektrumets räckvidd. (jfr Passaglia et al., 2018) En annan potentiell tillämpning ligger i biomedicinska tillämpningar, eftersom relativt låg toxicitet gör användningen av svart fosfor mycket attraktiv.
I klassen av tvådimensionella material placeras fosforen ofta bredvid grafen eftersom fosforen, i motsats till grafen, har ett icke-grundläggande bandgap som dessutom kan moduleras av stam och antalet lager i en stack.

Borophene

Borophene är en kristallin atommonolayer av bor, dvs. det är en tvådimensionell allotrop av bor (även kallad bornanoblad). Dess unika fysiska och kemiska egenskaper gör borofener till ett värdefullt material för många industriella tillämpningar.
Borophenes exceptionella fysiska och kemiska egenskaper inkluderar unika mekaniska, termiska, elektroniska, optiska och supraledande aspekter.
Detta öppnar möjligheter att använda borofen för tillämpningar i alkalimetalljonbatterier, Li-S-batterier, vätelagring, superkondensator, syrereduktion och utveckling samt CO2-elektroreduktionsreaktion. Särskilt stort intresse går in i borophene som anodmaterial för batterier och som vätelagringsmaterial. På grund av hög teoretisk specifik kapacitet, elektronisk ledningsförmåga och jontransportegenskaper kvalificerar sig borofen som bra anodmaterial för batterier. På grund av vätgasens höga adsorberingskapacitet till borofene erbjuder den stor potential för vätgaslagring – med en stroagekapacitet över 15 % av sin vikt.
Läs mer om ultraljud syntes och spridning av borophene!


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta labb ultrasonicator över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.