Xenes'in Ultrasonik Eksfoliasyonu

Xenes, çok yüksek yüzey alanı, üstün elektrik iletkenliği veya çekme mukavemeti dahil olmak üzere anizotropik fiziksel / kimyasal özellikler gibi olağanüstü özelliklere sahip 2D monoelemental nanomalzemelerdir. Ultrasonik pul pul dökülme veya delaminasyon, katmanlı öncü malzemelerden tek katmanlı 2D nano tabakalar üretmek için verimli ve güvenilir bir tekniktir. Ultrasonik pul pul dökülme, endüstriyel ölçekte yüksek kaliteli xenes nano tabakaların üretimi için zaten kurulmuştur.

ksenes – Tek Katmanlı Nanoyapılar

Ksenler, grafen benzeri bir yapıya, katman içi kovalent bağa ve katmanlar arasında zayıf van der Waals kuvvetlerine sahip tek katmanlı (2D), tek elementli nanomalzemelerdir. Ksenes sınıfının bir parçası olan malzemelere örnek olarak borofen, silisyen, germanen, stane, fosforen (siyah fosfor), arsenen, bizmuten ve tellür ve antimonen verilebilir. Tek katmanlı 2D yapıları nedeniyle, xenes nanomalzemeleri çok geniş bir yüzeyin yanı sıra geliştirilmiş kimyasal ve fiziksel reaktiviteler ile karakterize edilir. Bu yapısal özellikler, xenes nanomalzemelerine etkileyici fotonik, katalitik, manyetik ve elektronik özellikler verir ve bu nanoyapıları çok sayıda endüstriyel uygulama için çok ilginç kılar. Soldaki resim, ultrasonik olarak pul pul dökülmüş borofenin SEM görüntülerini göstermektedir.

Ultrasonik Delaminasyon Kullanarak Xenes Nanomalzemelerin Üretimi

Katmanlı Nanomalzemelerin Sıvı Pul Dökülmesi: Tek katmanlı 2D nano tabakalar, belirli iyonların ve/veya çözücülerin enterkalasyonu üzerine katmandan katmana galeri genişlemesi veya şişme gösteren gevşek bir şekilde yığılmış ana katmanlardan oluşan katmanlı yapılara (örneğin grafit) sahip inorganik malzemelerden üretilir. Katmanlı fazın nano tabakalar halinde bölündüğü pul pul dökülme, tipik olarak, tek tek 2D katmanların veya tabakaların kolloidal dispersiyonlarını üreten katmanlar arasındaki hızla zayıflayan elektrostatik çekimler nedeniyle şişmeye eşlik eder. (bkz. geng ve diğerleri, 2013) Genel olarak, şişmenin ultrasonikasyon yoluyla pul pul dökülmeyi kolaylaştırdığı ve negatif yüklü nanotabakalarla sonuçlandığı bilinmektedir. Kimyasal ön işlem ayrıca çözücülerde sonikasyon yoluyla pul pul dökülmeyi kolaylaştırır. Örneğin, işlevselleştirme, alkollerde katmanlı çift hidroksitlerin (LDH'ler) pul pul dökülmesine izin verir. (bkz. Nicolosi ve diğerleri, 2013)
Ultrasonik pul pul dökülme / delaminasyon için, katmanlı malzeme bir çözücü içinde güçlü ultrasonik dalgalara maruz bırakılır. Enerji yoğun ultrason dalgaları bir sıvı veya bulamaç içine bağlandığında, akustik aka ultrasonik kavitasyon meydana gelir. Ultrasonik kavitasyon, vakum kabarcıklarının çökmesi ile karakterizedir. Ultrason dalgaları sıvının içinden geçer ve alternatif düşük basınç / yüksek basınç döngüleri oluşturur. Dakika vakum kabarcıkları, düşük basınç (seyrekleşme) döngüsü sırasında ortaya çıkar ve çeşitli düşük basınç / yüksek basınç döngüleri boyunca büyür. Bir kavitasyon kabarcığı daha fazla enerji ememeyeceği noktaya ulaştığında, kabarcık şiddetli bir şekilde patlar ve yerel olarak çok enerji yoğun koşullar yaratır. Bir kavitasyonel sıcak nokta, çok yüksek basınçlar ve sıcaklık, ilgili basınçlar ve sıcaklık farkları, yüksek hızlı sıvı jetleri ve kesme kuvvetleri ile belirlenir. Bu sonomekanik ve sonokimyasal kuvvetler, çözücüyü yığılmış katmanlar arasına iter ve katmanlı partikül ve kristal yapıları parçalayarak pul pul dökülmüş nanotabakalar üretir. Aşağıdaki görüntü dizisi, ultrasonik kavitasyon ile pul pul dökülme işlemini göstermektedir.

Bir grafit pulunun suda sono-mekanik pul pul dökülmesini gösteren yüksek hızlı bir çerçeve dizisi (a'dan f'ye) UP200S, 200W ultrasonikatör 3 mm sonotrot ile. Oklar, bölünmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile ayrılma (pul pul dökülme) yerini gösterir.
© Tyurnina ve ark. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modelleme, çözücünün yüzey enerjisinin katmanlı malzemeninkine benzer olması durumunda, pul pul dökülmüş ve yeniden toplanmış durumlar arasındaki enerji farkının çok küçük olacağını ve yeniden agregasyon için itici gücü ortadan kaldıracağını göstermiştir. Alternatif karıştırma ve kesme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, ultrasonik karıştırıcılar pul pul dökülme için daha etkili bir enerji kaynağı sağladı ve bu da TaS'ın iyon interkalasyonu destekli pul pul dökülmesinin gösterilmesine yol açtı₂Nbs₂ve MoS₂, yanı sıra katmanlı oksitler. (bkz. Nicolosi ve diğerleri, 2013)

Ultrasonik olarak sıvı pul pul dökülmüş nano tabakaların TEM görüntüleri: (A) Çözücü N-metil-pirolidon içinde sonikasyon yoluyla pul pul dökülmüş bir grafen nano tabaka. (B) Çözücü izopropanol içinde sonikasyon yoluyla pul pul dökülmüş bir h-BN nano tabaka. (C) Sulu bir yüzey aktif madde çözeltisinde sonikasyon yoluyla pul pul dökülmüş bir MoS2 nano tabakası.
(Çalışma ve resimler: ©Nicolosi ve ark., 2013)

Ultrasonik Sıvı Eksfoliasyon Protokolleri

Ksenlerin ve diğer tek tabakalı nanomalzemelerin ultrasonik pul pul dökülmesi ve delaminasyonu, araştırmada kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve başarılı bir şekilde endüstriyel üretim aşamasına aktarılmıştır. Aşağıda, sonikasyon kullanarak seçilmiş pul pul dökülme protokollerini sunuyoruz.

Fosfor Nanopullarının Ultrasonik Eksfoliasyonu

Fosfor (siyah fosfor, BP olarak da bilinir), fosfor atomlarından oluşan 2B katmanlı, tek elementli bir malzemedir.
Passaglia ve ark. (2018), MMA varlığında bP'nin sonikasyon destekli sıvı faz pul pul dökülmesi (LPE) ve ardından radikal polimerizasyon ile fosforen - metil metakrilatın kararlı süspansiyonlarının hazırlanması gösterilmiştir. Metil metakrilat (MMA) sıvı bir monomerdir.

Fosforenin Ultrasonik Sıvı Pul Pul Dökülmesi için Protokol

MMA_bPn, NVP_bPn ve Sty_bPn süspansiyonları, tek monomerin varlığında LPE tarafından elde edildi. Tipik bir prosedürde, bir havanda dikkatlice ezilmiş ∼5 mg bP, bir test tüpüne kondu ve daha sonra ağırlıklı miktarda MMA, Sty veya NVP eklendi. Monomer bP süspansiyonu, sonotrot S26d2 (uç çapı: 2 mm) ile donatılmış bir Hielscher Ultrasonik homojenizatör UP200St (200W, 26kHz) kullanılarak 90 dakika boyunca sonikleştirildi. Ultrasonik genlik, P = 7 W ile% 50'de sabit tutuldu. Her durumda, daha iyi ısı dağılımı için bir buz banyosu kullanıldı. Son MMA_bPn, NVP_bPn ve Sty_bPn süspansiyonları daha sonra 15 dakika boyunca N2 ile şişirildi. Tüm süspansiyonlar DLS ile analiz edildi ve rH değerleri DMSO_bPn'ninkine çok yakın gösterdi. Örneğin, MMA_bPn süspansiyonu (bP içeriğinin yaklaşık% 1'ine sahip) rH = 512 ± 58 nm ile karakterize edildi.
Fosfor ile ilgili diğer bilimsel çalışmalar, ultrasonik temizleyici, yüksek kaynama noktalı çözücüler ve düşük verimlilik kullanarak birkaç saatlik sonikasyon süresini rapor ederken, Passaglia'nın araştırma ekibi, prob tipi bir ultrasonicator kullanarak yüksek verimli bir ultrasonik pul pul dökülme protokolü göstermektedir. Hielscher ultrasonicator modeli UP200St).

Tek Katmanlı Nanotabakaların Ultrasonik Eksfoliasyonu

Borofen ve rutenyum oksit nanotabakaları için daha spesifik ayrıntıları ve pul pul dökülme protokollerini okumak için lütfen aşağıdaki bağlantıları takip edin:
Borofen: Sonikasyon protokolleri ve ultrasonik borofen pul pul dökülme sonuçları için lütfen buraya tıklayın!
RuO2: Sonikasyon protokolleri ve ultrasonik rutenyum oksit nanosheet pul pul dökülme sonuçları için lütfen buraya tıklayın!

Birkaç Katmanlı Silika Nano Tabakaların Ultrasonik Pul Pul Dökülmesi

Ultrasonik pul pul dökülme yoluyla doğal vermikülitten (Verm) az katmanlı pul pul dökülmüş silika nanotabakalar hazırlandı. Pul pul dökülmüş silika nanotabakaların sentezi için aşağıdaki sıvı faz pul pul dökülme yöntemi uygulandı: 40 mg silika nanotabakalar 40 mL mutlak etanol içinde dağıtıldı. Daha sonra, karışım 7 mm'lik bir sonotrot ile donatılmış bir Hielscher ultrasonik işlemci UP200St kullanılarak 2 saat boyunca ultrasonikleştirildi. Ultrason dalgasının amplitüdü p'te sabit tutuldu. Aşırı ısınmayı önlemek için bir buz banyosu uygulandı. Pul pul dökülmemiş SN, 1000 rpm'de 10 dakika süreyle santrifüj ile uzaklaştırıldı. Son olarak, ürün boşaltıldı ve gece boyunca vakum altında oda sıcaklığında kurutuldu. (bkz. Guo ve diğerleri, 2022)

Xenes nano tabakalarının pul pul dökülmesi için yüksek güçlü ultrason probları ve reaktörleri

Hielscher Ultrasonics, her boyutta sağlam ve güvenilir ultrasonicators tasarlar, üretir ve dağıtır. Kompakt laboratuvar ultrasonik cihazlarından endüstriyel ultrasonik problara ve reaktörlere kadar, Hielscher işleminiz için ideal ultrasonik sisteme sahiptir. Nanomalzeme sentezi ve dispersiyonu gibi uygulamalarda uzun yıllara dayanan deneyime sahip iyi eğitimli personelimiz, gereksinimleriniz için size en uygun kurulumu önerecektir. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemciler, endüstriyel tesislerde güvenilir iş atları olarak bilinir. Çok yüksek genlikler sunabilen Hielscher ultrasonicators, ksenlerin ve borofen, fosforen veya grafen gibi diğer 2D tek katmanlı nanomalzemelerin sentezi ve bu nanoyapıların güvenilir bir dağılımı gibi yüksek performanslı uygulamalar için idealdir.
Olağanüstü güçlü ultrason: Hielscher Ultrasonics’ Endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur.
En Yüksek Kalite – Almanya'da tasarlandı ve üretildi: Tüm ekipmanlar Almanya'daki merkezimizde tasarlanmakta ve üretilmektedir. Müşteriye teslim edilmeden önce, her ultrasonik cihaz tam yük altında dikkatlice test edilir. Müşteri memnuniyeti için çalışıyoruz ve üretimimiz en yüksek kalite güvencesini (örneğin, ISO sertifikası) yerine getirecek şekilde yapılandırılmıştır.

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: