Borun iki boyutlu nanoyapılı türevi olan borophene, facile ve düşük maliyetli ultrasonik eksfoliasyon yoluyla verimli bir şekilde sentezlenebilir. Ultrasonik sıvı faz eksfoliasyon yüksek kaliteli borophene nanosheets büyük miktarlarda üretmek için kullanılabilir. Ultrasonik eksfoliasyon tekniği yaygın 2D nanomalzemeler (örneğin, grafen) üretmek için kullanılır ve yüksek kaliteli nano sayfalar, yüksek verim, hızlı ve facile çalışma avantajları yanı sıra genel verimlilik ile ünlüdür.

Borophene Hazırlama için Ultrasonik Eksfoliasyon Yöntemi

Ultrasonik tahrikli sıvı faz eksfoliasyon yaygın grafit (grafen), bor (borone) dahil olmak üzere çeşitli toplu öncüllerden 2D nano sayfalar hazırlamak için kullanılır. Kimyasal pul pul dökülme tekniği ile karşılaştırıldığında, ultrasonik destekli sıvı fazlı pul pul dökülme, bor kuantum noktaları (BQD'ler) ve borofen gibi 0D ve 2D nanoyapıları hazırlamak için daha umut verici bir strateji olarak kabul edilir. (cf. Wang vd., 2021)
Kalan şema, 2D birkaç katmanlı borofen levhalarının ultrasonik düşük sıcaklık sıvı pul pul dökülme işlemini gösterir. (Çalışma ve resim: ©Lin ve ark., 2021.)

Ultrasonik Borophene Eksfoliyasyon Vaka Çalışmaları

Sıvı fazlı bir işlemde güç ultrasonu kullanılarak yapılan eksfoliasyon ve delaminasyon, bor kuantum noktaları, bor nitrür veya magnezyum diborid gibi bor kuantum noktaları ve diğer bor türevlerine yaygın olarak çalışılmış ve başarıyla uygulanmıştır.

α-Borofen

Göktuna ve Taşaltın (2021) tarafından yapılan çalışmada α borofen facile ve düşük maliyetli ultrasonik pul pul dökülme ile hazırlanmıştır. Ultrasonik olarak sentezlenmiş borofen nanosheets α bir borophene kristal yapısı sergiler.
Protokol: 100 mg bor mikropartikülleri 200 W'ta 100 ml DMF'de (örneğin, S26d14 ile UP200St kullanılarak) bir nitrojende (N) 4 saat boyunca sonike edildi.₂) ultrasonik sıvı faz eksfoliasyon işlemi sırasında oksidasyonu önlemek için akış kontrollü kabin. Pul pul dökülen bor parçacıklarının çözeltisi sırasıyla 15 dakika boyunca 5000 rpm ve 12.000 rpm ile santrifüjlendi, daha sonra borofen 50ºC'de 4 saat boyunca vakum ortamlarında dikkatlice toplandı ve kurutuldu. (cf. Göktuna ve Taşaltın, 2021)

Prob ultrasonik destekli solvothermal tedavi süreci tarafından pul pul dökülen birkaç katmanlı borofenin şematik illüstrasyonu.
Çalışma ve resim: ©Zhang ve ark., 2020

Az Katmanlı Borophene

Zhang ve ark. (2020), büyük yatay boyuta sahip yüksek kaliteli borofen üretimine izin veren bir aseton solvothermal sıvı faz eksfoliasyon tekniği bildirmektedir. Asetonun şişme etkisi kullanılarak, bor tozu öncüsü ilk olarak asetonda ıslatıldı. Daha sonra, ıslatılan bor öncüsü 200ºC'de asetonda daha fazla solvotermally olarak tedavi edildi, ardından 4h için 225 W'ta prob tipi bir sonicator ile sonication yapıldı. Birkaç kat bor ve 5,05 mm'ye kadar yatay büyüklüğe sahip borofen nihayet elde edildi. Aseton solvothermal destekli sıvı faz eksfoliyasyon tekniği, büyük yatay boyutlarda ve yüksek kalitede bor nanosheets hazırlamak için kullanılabilir. (cf. Zhang ve ark., 2020)
Ultrasonik pul pul dökülen borofen XRD deseni dökme bor öncüsü ile karşılaştırıldığında, benzer bir XRD deseni gözlenebilir. Başlıca kırınım zirvelerinin çoğu b-rhombohedral bora indekslenebilir, bu da kristal yapının pul pul dökülme tedavisinden önce ve sonra neredeyse korunduğuna işaret eder.

Asetonda ultrasonik destekli solvotermal pul dökülme ile elde edilen az katmanlı düşük çözünürlüklü (a) ve yüksek çözünürlüklü (b) borofen SEM görüntüleri
Çalışma ve resim: ©Zhang ve ark., 2020

Prob ultrasonik destekli solvotermal pul pul dökülme ile elde edilen birkaç katman ile tedavi edilmemiş dökme bor ve borofenin XRD desenleri (a) ve Raman spektrumları (b).
Çalışma ve resim: ©Zhang ve ark., 2020

Bor Kuantum Noktalarının Sonokimyasal Sentezi

Hao ve ark. (2020), güçlü bir prob tipi ultrasonicator kullanarak, son derece polar organik bir çözücü olan asetonitrildeki genişletilmiş bor tozundan büyük ölçekli ve tekdüze kristal yarı iletken bor kuantum noktalarını (BQD' ler) başarıyla hazırladı (örneğin, UP400St, UIP500hdT veya UIP1000hdT). Lateral boyutta 2.46 ±0.4 nm ve kalınlığı 2.81 ±0.5 nm olan sentezlenmiş bor kuantum noktaları.
Protokol: Bor kuantum noktalarının tipik bir hazırlanmasında, bor tozunun tipik bir hazırlanmasında, önce üç boyunlu bir şişeye 30 mg bor tozu eklendi ve daha sonra ultrasonikasyon işleminden önce şişeye 15 mL asetonitril eklendi. Pul pul dökülme 400 W çıkış gücünde gerçekleştirildi (örneğin, UIP500hdT), 20kHz frekans ve ultrasonik zaman 60 dk. Ultrasonication sırasında çözeltinin aşırı ısınmasını önlemek için, sabit bir sıcaklık için bir buz banyosu veya laboratuvar soğutucusu kullanılarak soğutma uygulandı. Elde edilen çözelti 60 dakika boyunca 1500 rpm'de santrifüjlendi. Bor kuantum noktaları içeren süpernatant nazikçe çıkarıldı. Tüm deneyler oda sıcaklığında yapıldı. (cf. Hao ve ark., 2020)
Wang ve ark. (2021) çalışmasında, araştırmacı ultrasonik sıvı faz eksfoliasyon tekniğini kullanarak bor kuantum noktaları da hazırlar. Dar boyut dağılımı, mükemmel dağılım, IPA çözeltisinde yüksek stabilite ve iki fotoğraf floresan ile monodispersed bor kuantum noktası elde ettiler.

TEM görüntüleri ve farklı ultrasonik koşullar altında hazırlanan BQD'lerin ilgili çap dağılımı. (a) 2 saat boyunca 400 W'da sentezlenen BQDs-2'nin TEM görüntüsü(b) 1 saat boyunca 550 W'da sentezlenen BQDs-3'ün TEM görüntüsü. (c) 400 W'da sentezlenen BQDs-3'ün TEM görüntüsü 4 saat boyunca sentezlendi. (e) (b)den elde edilen kuantum noktalarının çap dağılımı. (f) Kuantum noktalarının çap dağılımı (c) den alır.
Çalışma ve resim: ©Hao ve ark., 2020

Magnezyum Diborid Nanosheets Ultrasonik Eksfoliasyon

Eksfoliasyon işlemi 450mg magnezyum diborid askıya alınarak gerçekleştirildi
(MgB₂) toz (yaklaşık 100 mesh boyutu / 149 mikron) 150 ml suda ve 30 dakika ultrasonication maruz. Ultrasonik eksfoliasyon gibi bir prob tipi ultrasonicator ile gerçekleştirilebilir UP200Ht veya UP400St 0'luk bir genlik ve 10 sn açma/kapa darbeli çevrim modu ile. Ultrasonik eksfoliasyon koyu siyah bir süspansiyon ile sonuçlanır. Siyah renk bozulmamış MgB2 tozunun rengine atfedilebilir.

Sudaki bir grafit pulunun sono-mekanik pul dökülmesini gösteren çerçevelerin yüksek hızlı bir dizisi (a'dan f'ye) UP200S, 200W ultrasonicator 3mm sonotrode ile. Oklar, bölmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile bölünme (pul pul dökülme) yerini gösterir.
© Tyurnina vd. 2020

Her Ölçekte Borophene Eksfoliyasyonu için Güçlü Ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics tasarımlar, üretir ve her boyutta sağlam ve güvenilir ultrasonicators dağıtır. Kompakt laboratuvar ultrasonik cihazlardan endüstriyel ultrasonik problara ve reaktörlere kadar, Hielscher işleminiz için ideal ultrasonik sisteme sahiptir. Nanomalzeme sentezi ve dispersiyon gibi uygulamalarda uzun süreli deneyime sahip, iyi eğitimli personelimiz size ypour gereksinimleri için en uygun kurulumu önerecektir. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler endüstriyel tesislerde güvenilir iş atları olarak bilinir. Çok yüksek genlikler sunabilen Hielscher ultrasonicators, borophene veya grafen pul pul dökülme ve nanomalzeme dispersiyonlar gibi yüksek performanslı uygulamalar için idealdir. 200μm'ye kadar genlikler 7/24 çalışmayla kolayca çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodes mevcuttur.
Tüm ekipmanlar Almanya'daki merkezimizde tasarlanmış ve üretilmiştir. Müşteriye teslim etmeden önce, her ultrasonik cihaz tam yük altında dikkatlice test edilir. Müşteri memnuniyeti için çalışıyoruz ve üretimimiz en yüksek kalite güvencesini (örneğin ISO belgelendirmesi) yerine getirmek için yapılandırılmıştır.

Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir: