ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ – ลอกชั้นและกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์
มีการใช้อัลตราซาวนด์ในการแปรรูปและกระจายตัวท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ (BNNTs) ได้อย่างประสบความสำเร็จ การใช้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงช่วยคลายการพันกันและทำให้ท่อนาโนกระจายอย่างสม่ำเสมอในสารละลายต่าง ๆ จึงเป็นเทคนิคการแปรรูปที่สำคัญสำหรับการนำ BNNTs เข้าไปในสารละลายและเมทริกซ์
การแปรรูปท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ด้วยอัลตราซาวนด์
การนำท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ (BNNTs) หรือโครงสร้างนาโนโบรอนไนไตรด์ (BNNs) เช่น แผ่นนาโนและแถบนาโน เข้าไปในสารละลายของเหลวหรือเมทริกซ์พอลิเมอร์ จำเป็นต้องใช้เทคนิคการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการลอกชั้น คลายการพันกัน กระจายตัว และปรับหมู่ฟังก์ชันของท่อนาโนโบรอนไนไตรด์และโครงสร้างนาโนโบรอนไนไตรด์อย่างมีประสิทธิภาพสูง พารามิเตอร์การแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ (ได้แก่ พลังงาน แอมพลิจูด เวลา อุณหภูมิ และความดัน) ช่วยให้ปรับสภาวะการแปรรูปแต่ละด้านให้เหมาะกับเป้าหมายของกระบวนการได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถปรับความเข้มของอัลตราซาวนด์ให้เหมาะกับสูตรเฉพาะ (คุณภาพของ BNNTs ตัวทำละลาย ความเข้มข้นของของแข็งในของเหลว ฯลฯ) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุด
แนวทางการสังเคราะห์ถ้วยนาโนโบรอนไนไตรด์ด้วยอัลตราซาวนด์
(การศึกษาและภาพกราฟิก: Yu et al. 2012)
การประยุกต์ใช้การแปรรูป BNNT และ BNN ด้วยอัลตราซาวนด์ครอบคลุมตั้งแต่การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของโครงสร้างนาโนโบรอนไนไตรด์สองมิติ (2D-BNNs) ไปจนถึงการปรับหมู่ฟังก์ชันของโครงสร้างเหล่านี้และการลอกชั้นทางเคมีของโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมชั้นเดียว ด้านล่างนี้ เรานำเสนอรายละเอียดเกี่ยวกับการกระจายตัว การลอกชั้น และการปรับหมู่ฟังก์ชันของ BNNTs และ BNNs ด้วยอัลตราซาวนด์
การติดตั้งเครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ (2x UIP1000hdT) สำหรับการแปรรูปท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ในระดับอุตสาหกรรม
การกระจายตัวท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ด้วยอัลตราซาวนด์
เมื่อใช้ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ (BNNTs) เพื่อเสริมความแข็งแรงให้พอลิเมอร์หรือสังเคราะห์วัสดุใหม่ จำเป็นต้องทำให้ท่อนาโนกระจายตัวในเมทริกซ์อย่างสม่ำเสมอและเชื่อถือได้ เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการกระจายวัสดุนาโน เช่น CNTs อนุภาคนาโนโลหะ อนุภาคแบบแกน–เปลือก และอนุภาคนาโนชนิดอื่น ๆ เข้าไปในอีกเฟสหนึ่ง
มีการใช้การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์เพื่อคลายการพันกันและกระจาย BNNTs อย่างสม่ำเสมอในสารละลายทั้งชนิดที่มีน้ำและไม่มีน้ำได้อย่างประสบความสำเร็จ ซึ่งรวมถึงเอทานอล เอทานอลที่มี PVP เอทานอลที่มี TX100 ตลอดจนพอลิเมอร์ต่าง ๆ (เช่น พอลิยูรีเทน)
สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไปเพื่อทำให้ระบบกระจายตัวของ BNNT ที่เตรียมด้วยอัลตราซาวนด์มีเสถียรภาพ คือสารละลาย sodium dodecyl sulfate (SDS) 1%wt ตัวอย่างเช่น กระจาย BNNTs 5 mg ด้วยอัลตราซาวนด์ในขวดขนาดเล็กที่มีสารละลาย SDS 1%wt. ปริมาตร 5 mL โดยใช้เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบ เช่น UP200St (26kHz, 200W).
การกระจายตัว BNNTs ในน้ำด้วยอัลตราซาวนด์
เนื่องจากมีอันตรกิริยาวานเดอร์วาลส์ที่รุนแรงและพื้นผิวไม่ชอบน้ำ ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์จึงกระจายตัวได้ไม่ดีในสารละลายที่มีน้ำเป็นตัวกลาง เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ Jeon et al. (2019) ใช้ Pluronic P85 และ F127 ซึ่งมีทั้งหมู่ที่ชอบน้ำและหมู่ที่ไม่ชอบน้ำ เพื่อปรับหมู่ฟังก์ชันของ BNNT ขณะใช้อัลตราซาวนด์
ภาพ SEM ของ BNNTs ที่มีความยาวลดลงหลังจากใช้อัลตราซาวนด์เป็นระยะเวลาต่าง ๆ ดังที่แสดง ความยาวของ BNNTs เหล่านี้ลดลงเมื่อระยะเวลาสะสมของการใช้อัลตราซาวนด์เพิ่มขึ้น
(การศึกษาและภาพ: Lee et al. 2012)
การลอกชั้นแผ่นนาโนโบรอนไนไตรด์ด้วยอัลตราซาวนด์โดยไม่ใช้สารลดแรงตึงผิว
Lin et al. (2011) นำเสนอวิธีที่สะอาดสำหรับการลอกชั้นและกระจายตัวโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (h-BN) โดยทั่วไปถือว่าโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมไม่ละลายในน้ำ อย่างไรก็ตาม พวกเขาสามารถแสดงให้เห็นว่าน้ำมีประสิทธิภาพในการลอกชั้นโครงสร้าง h-BN ที่เรียงเป็นชั้นด้วยอัลตราซาวนด์ ทำให้เกิดระบบกระจายตัวของแผ่นนาโน h-BN ในน้ำที่ “สะอาด” โดยไม่ใช้สารลดแรงตึงผิวหรือการปรับหมู่ฟังก์ชันด้วยสารอินทรีย์ กระบวนการลอกชั้นด้วยอัลตราซาวนด์นี้ผลิตแผ่นนาโน h-BN ที่มีไม่กี่ชั้น ตลอดจนแผ่นนาโนและแถบนาโนแบบชั้นเดียว แผ่นนาโนส่วนใหญ่มีขนาดด้านข้างลดลง ซึ่งอธิบายว่าเกิดจากการตัดแผ่น h-BN ตั้งต้นด้วยไฮโดรลิซิสที่มีอัลตราซาวนด์ช่วย (ยืนยันด้วยการทดสอบแอมโมเนียและผลการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปี) ไฮโดรลิซิสที่เหนี่ยวนำด้วยอัลตราซาวนด์ยังส่งเสริมการลอกชั้นแผ่นนาโน h-BN ร่วมกับผลของความมีขั้วของตัวทำละลาย แผ่นนาโน h-BN ในระบบกระจายตัวในน้ำที่ “สะอาด” เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าสามารถแปรรูปด้วยวิธีที่ใช้สารละลายได้ดี โดยยังคงลักษณะทางกายภาพไว้ แผ่นนาโน h-BN ที่กระจายตัวในน้ำยังแสดงสัมพรรคภาพสูงต่อโปรตีน เช่น เฟอร์ริติน ซึ่งบ่งชี้ว่าพื้นผิวของแผ่นนาโนสามารถนำไปเชื่อมต่อกับชีวโมเลกุลเพิ่มเติมได้
การลดขนาดและการตัดท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ด้วยอัลตราซาวนด์
ความยาวของท่อนาโนโบรอนไนไตรด์มีบทบาทสำคัญต่อการนำ BNNTs ไปแปรรูปในขั้นต่อไปให้เป็นพอลิเมอร์และวัสดุอื่น ๆ ที่ผ่านการปรับหมู่ฟังก์ชัน ดังนั้น ข้อเท็จจริงที่สำคัญคือการใช้อัลตราซาวนด์กับ BNNTs ในตัวทำละลายไม่เพียงสามารถแยก BNNTs ออกเป็นแต่ละท่อได้เท่านั้น แต่ยังสามารถลดความยาวของ BNNTs ที่มีโครงสร้างคล้ายปล้องไผ่ภายใต้สภาวะที่ควบคุมได้อีกด้วย BNNTs ที่มีความยาวลดลงมีโอกาสรวมตัวเป็นมัดระหว่างการเตรียมวัสดุคอมโพสิตน้อยลงมาก Lee at al. (2012) แสดงให้เห็นว่าสามารถลดความยาวของ BNNTs ที่ผ่านการปรับหมู่ฟังก์ชันจาก >10µm เป็น ∼500nm ด้วยอัลตราซาวนด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การทดลองของพวกเขาบ่งชี้ว่าการกระจายตัว BNNT ในสารละลายด้วยอัลตราซาวนด์อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการลดขนาดและการตัด BNNT ดังกล่าว
(c) mPEG- DSPE/BNNTs ที่กระจายตัวได้ดีในน้ำ (หลังใช้อัลตราซาวนด์ 2 h) (d) ภาพแผนผังของ BNNT ที่ปรับหมู่ฟังก์ชันด้วยโมเลกุล mPEG-DSPE
(การศึกษาและภาพ: Lee et al. 2012)
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์ UP400St สำหรับการกระจายตัวท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ (BNNTs)
เครื่องอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการแปรรูป BNNT
คุณสมบัติอัจฉริยะของเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ได้รับการออกแบบเพื่อรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ ผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้ และความสะดวกในการใช้งาน สามารถเข้าถึงและปรับการตั้งค่าการทำงานได้อย่างง่ายดายผ่านเมนูที่ใช้งานได้อย่างเป็นธรรมชาติ โดยเข้าถึงเมนูได้ผ่านจอสัมผัสสีดิจิทัลและการควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ ด้วยเหตุนี้ สภาวะการแปรรูปทั้งหมด เช่น พลังงานสุทธิ พลังงานรวม แอมพลิจูด เวลา ความดัน และอุณหภูมิ จึงถูกบันทึกลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งในเครื่องโดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยให้คุณทบทวนและเปรียบเทียบการใช้อัลตราซาวนด์ครั้งก่อน ๆ และปรับกระบวนการลอกชั้นและกระจายตัวท่อนาโนโบรอนไนไตรด์และวัสดุนาโนให้มีประสิทธิภาพสูงสุดได้
ระบบของ Hielscher Ultrasonics ใช้ทั่วโลกในการผลิต BNNTs คุณภาพสูง เครื่องอัลตราซาวนด์อุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถทำงานด้วยแอมพลิจูดสูงอย่างต่อเนื่อง (24/7/365) ได้อย่างง่ายดาย สามารถสร้างแอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างต่อเนื่องและง่ายดายด้วยโซโนโทรดมาตรฐาน (โพรบ / ฮอร์นอัลตราซาวนด์) สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งขึ้น มีโซโนโทรดอัลตราซาวนด์ที่ผลิตตามความต้องการเฉพาะให้เลือกใช้ ด้วยความทนทานและความต้องการบำรุงรักษาต่ำ ระบบลอกชั้นและกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ของเราจึงมักติดตั้งสำหรับงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูง
เครื่องแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถให้แอมพลิจูดสูงมาก สามารถทำงานด้วยแอมพลิจูดสูงถึง 200µm อย่างต่อเนื่องแบบ 24/7 ได้อย่างง่ายดาย สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งขึ้น มีโซโนโทรดอัลตราซาวนด์ที่ผลิตตามความต้องการเฉพาะให้เลือกใช้
เครื่องแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์ของ Hielscher สำหรับการกระจายตัวและลอกชั้นท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ รวมถึง CNTs และกราฟีน ได้รับการติดตั้งในระดับเชิงพาณิชย์ทั่วโลกแล้ว ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิต BNNT ของคุณ! ทีมงานที่มีประสบการณ์สูงของเรายินดีให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการลอกชั้น ระบบอัลตราซาวนด์ และราคา!
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:
| ปริมาตรต่อรุ่นการผลิต | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่านี้ | ชุดอุปกรณ์ที่ประกอบด้วย UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับงานผสม การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการสกัด ในระดับห้องปฏิบัติการ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- Sang-Woo Jeon, Shin-Hyun Kang, Jung Chul Choi, Tae-Hwan Kim (2019): Dispersion of Boron Nitride Nanotubes by Pluronic Triblock Copolymer in Aqueous Solution. Polymers 11, 2019.
- Chee Huei Lee, Dongyan Zhang, Yoke Khin Yap (2012): Functionalization, Dispersion, and Cutting of Boron Nitride Nanotubes in Water. Journal of Physical Chemistry C 116, 2012. 1798–1804.
- Lin, Yi; Williams, Tiffany; Xu, Tian-Bing; Cao, Wei; Elsayed-Ali, Hani; Connell, John (2011): Aqueous Dispersions of Few-Layered and Monolayered Hexagonal Boron Nitride Nanosheets from Sonication-Assisted Hydrolysis: Critical Role of Water. The Journal of Physical Chemistry C 2011.
- Yuanlie Yu, Hua Chen, Yun Liu, Tim White, Ying Chen (2012): Preparation and potential application of boron nitride nanocups. Materials Letters, Vol. 80, 2012. 148-151.
- Luhua Li, Ying Chen, Zbigniew H. Stachurski (2013): Boron nitride nanotube reinforced polyurethane composites. Progress in Natural Science: Materials International Vol. 23, Issue 2, 2013. 70-173.
- Yanhu Zhan, Emanuele Lago, Chiara Santillo, Antonio Esaú Del Río Castillo, Shuai Hao, Giovanna G. Buonocore, Zhenming Chen, Hesheng Xia, Marino Lavorgna, Francesco Bonaccorso (2020): An anisotropic layer-by-layer carbon nanotube/boron nitride/rubber composite and its application in electromagnetic shielding. Nanoscale 12, 2020. 7782-7791.
- Kalay, Şaban; Çobandede, Zehra; Sen, Ozlem; Emanet, Melis; Kazanc, Emine; Culha, Mustafa (2015): Synthesis of boron nitride nanotubes and their applications. Beilstein Journal of Nanotechnology Vol 6, 2015. 84-102.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์และวัสดุนาโน
ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์มีโครงสร้างอะตอมที่เป็นเอกลักษณ์ ประกอบด้วยอะตอมโบรอนและไนโตรเจนที่เรียงตัวเป็นโครงข่ายหกเหลี่ยม โครงสร้างนี้ทำให้ BNNT มีสมบัติเฉพาะตัวที่ยอดเยี่ยมหลายประการ เช่น ความแข็งแรงเชิงกลที่เหนือกว่า การนำความร้อนสูง พฤติกรรมการเป็นฉนวนไฟฟ้า สมบัติเพียโซอิเล็กทริก ความสามารถในการกำบังนิวตรอน และความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ช่องว่างแถบพลังงาน 5 eV ยังสามารถปรับได้ด้วยสนามไฟฟ้าตามขวาง ซึ่งทำให้ BNNTs เป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ BNNTs ยังมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันสูงที่อุณหภูมิสูงถึง 800°C แสดงสมบัติเพียโซอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยม และอาจเป็นวัสดุกักเก็บไฮโดรเจนที่ดีที่อุณหภูมิห้อง
BNNTs เทียบกับกราฟีน: BNNTs มีโครงสร้างเทียบเคียงกับกราฟีน ความแตกต่างหลักระหว่างวัสดุนาโนที่มีโบรอนไนไตรด์เป็นองค์ประกอบหลักกับวัสดุนาโนที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักซึ่งเทียบเคียงกัน คือธรรมชาติของพันธะระหว่างอะตอม พันธะ C-C ในวัสดุนาโนคาร์บอนมีลักษณะเป็นโคเวเลนต์ล้วน ขณะที่พันธะ B-N มีลักษณะเป็นไอออนิกบางส่วนเนื่องจากคู่ e− ใน B-N ที่มีไฮบริไดเซชันแบบ sp2 (เทียบกับ Emanet et al. 2019)
BNNTs เทียบกับท่อนาโนคาร์บอน: ท่อนาโนโบรอนไนไตรด์ (BNNTs) มีโครงสร้างนาโนรูปท่อคล้ายกับท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) โดยอะตอมโบรอนและไนโตรเจนในท่อนาโนโบรอนไนไตรด์เรียงตัวเป็นโครงข่ายหกเหลี่ยม
Xenes: Xenes เป็นวัสดุนาโน 2D ที่ประกอบด้วยธาตุเพียงชนิดเดียว ตัวอย่างที่โดดเด่น ได้แก่ borophene, gallenene, silicene, germanene, stanene, phosphorene, arsenene, antimonene, bismuthene, tellurene และ selenene Xenes มีสมบัติของวัสดุที่พิเศษอย่างยิ่ง จึงมีศักยภาพที่จะก้าวข้ามข้อจำกัดในการประยุกต์ใช้วัสดุ 2D ชนิดอื่น ๆ ในทางปฏิบัติ เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการลอกชั้น xenes ด้วยอัลตราซาวนด์!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงตั้งแต่ ขนาดห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดอุตสาหกรรม