Xenes, çok yüksek yüzey alanı, üstün elektrik iletkenliği veya gerilme mukavemeti de dahil olmak üzere anizotropik fiziksel / kimyasal özellikler gibi olağanüstü özelliklere sahip 2D monoelemental nanomalzemelerdir. Ultrasonik eksfoliasyon veya delaminasyon katmanlı öncül malzemelerden tek katmanlı 2D nanosheets üretmek için verimli ve güvenilir bir tekniktir. Ultrasonik eksfoliasyon zaten endüstriyel ölçekte yüksek kaliteli xenes nanosheets üretimi için kurulmuştur.

Xenes – Monolayer Nanoyapılar

Xenes tek katmanlı (2D), grafen benzeri bir yapıya sahip monoelemental nanomalzemeler, katman içi kurvalent bağ ve katmanlar arasındaki zayıf van der Waals kuvvetleridir. Ksenes sınıfının bir parçası olan malzemeler için örnekler borophene, silicene, germanene, stanen, fosfor (siyah fosfor), arsenene, bismuthene ve tellurene ve antimondur. Tek katmanlı 2D yapıları nedeniyle, ksenes nanomalzemeler çok büyük bir yüzeyin yanı sıra geliştirilmiş kimyasal ve fiziksel yenideniviteler tarafından charcterized edilir. Bu yapısal özellikler xenes nanomalzemelere etkileyici fotonik, katalitik, manyetik ve elektronik özellikler verir ve bu nanoyapıları çok sayıda endüstriyel uygulama için çok ilginç hale getirir. Resimde ultrasonik pul pul dökülmüş borofenin SEM görüntüleri görülüyor.

Ultrasonik Delaminasyon kullanılarak Xenes Nanomalzemelerinin Üretimi

Katmanlı Nanomalzemelerin Sıvı Pul Pul Dökülmesi: Tek katmanlı 2B nano sayfalar, katmanlı yapılara (örneğin, grafit) sahip inorganik malzemelerden üretilir ve belirli iyonların ve/veya çözücülerin bir araya gelirken katman katman galeri genişlemesini veya şişmesini görüntüleyen gevşek yığılmış konak katmanlarından oluşur. Katmanlı fazın nano sayfalara bölündüğü pul pul dökülme, tipik olarak tek tek 2B katmanların veya tabakaların kolloidal dağılımlarını üreten katmanlar arasındaki hızla zayıflamış elektrostatik çekim nedeniyle şişmeye eşlik eder. (cf. Geng ve ark, 2013) Genel olarak, şişmenin ultrasonication yoluyla pul pul dökülmeyi kolaylaştırdığı ve negatif yüklü nanosheets ile sonuç verdiği bilinmektedir. Kimyasal ön işlem ayrıca çözücülerde sonikasyon yoluyla pul pul dökülmeyi kolaylaştırır. Örneğin, fonksiyonelleştirme, alkollerde katmanlı çift hidroksitlerin (LDH' ler) pul pul dökülmesini sağlar. (cf. Nicolosi vd., 2013)
Ultrasonik eksfoliasyon / delaminasyon için katmanlı malzeme bir çözücüde güçlü ultrasonik dalgalara maruz kalır. Enerji yoğun ultrason dalgaları bir sıvı veya bulamaç içine birleştiğinde, akustik aka ultrasonik kavitasyon meydana gelir. Ultrasonik kavitasyon vakum kabarcıklarının çökmesi ile karakterizedir. Ultrason dalgaları sıvı boyunca hareket eder ve alternatif düşük basınç / yüksek basınç döngüleri oluşturur. Vakum kabarcıkları düşük basınç (rarefaction) döngüsü sırasında ortaya çıkar ve çeşitli düşük basınç / yüksek basınç döngüleri üzerinde büyür. Bir kavitasyon kabarcığı daha fazla enerji ememeyecek noktaya ulaştığında, kabarcık şiddetli bir şekilde patlar ve yerel olarak çok enerji yoğun koşullar yaratır. Kavitasyonel bir 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 ve parçalama katmanlı partikül ve kristal yapılar arasında iter ve böylece pul pul dökülmüş nanosheets üretir. Aşağıdaki görüntü dizisi ultrasonik kavitasyon ile eksfoliasyon işlemini göstermektedir.

Sudaki bir grafit pulunun sono-mekanik pul dökülmesini gösteren çerçevelerin yüksek hızlı bir dizisi (a'dan f'ye) UP200S, 200W ultrasonicator 3 mm sonotrode ile. Oklar, bölmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile bölünme (pul pul dökülme) yerini gösterir.
© Tyurnina vd. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modelleme, çözücünün yüzey enerjisi katmanlı malzemeninkine benzerse, pul pul dökülen ve yeniden toplanan durumlar arasındaki enerji farkının çok küçük olacağını ve yeniden toplama için itici gücü kaldıracağını göstermiştir. Alternatif karıştırma ve kesme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, ultrasonik karıştırıcılar pul pul dökülme için daha etkili bir enerji kaynağı sağladı ve TaS'ın iyon interkalasyonu destekli pul pul dökülme gösterimine yol açtı.₂Nbs₂ve MoS₂, katmanlı oksitlerin yanı sıra. (cf. Nicolosi vd., 2013)

Ultrasonik sıvı pul pul dökülmüş nano sayfaların TEM görüntüleri: (A) Solvent N-metil-pirrolidonda sonikasyon yoluyla pul pul dökülen bir grafen nanosheet. (B) Solvent izopropanolde sonikasyon yoluyla eksfoliye edilmiş bir h-BN nanosheet. (C) Sulu bir yüzey aktif çözeltide sonikasyon yoluyla pul pul dökülen bir MoS2 nanosheet.
(Çalışma ve resimler: ©Nicolosi ve ark., 2013)

Ultrasonik Sıvı Pul Pul Dökülme Protokolleri

Ultrasonik eksfoliye ve kseler ve diğer monolayer nanomalzemelerin delaminasyonu araştırmada kapsamlı bir şekilde çalışılmış ve endüstriyel üretim aşamasına başarıyla aktarılmıştır. Aşağıda sonikasyon kullanarak seçilmiş eksfoliasyon protokollerini sunuyoruz.

Fosfor Nanoflakes Ultrasonik Eksfoliyasyon

Fosfor (siyah fosfor, BP olarak da bilinir), fosfor atomlarından oluşan 2D katmanlı, monoelemental bir malzemedir.
Passaglia ve ark. (2018) araştırmasında, radikal polimerizasyonun ardından MMA varlığında bP'nin sonikasyon destekli sıvı faz eksfoliyasyonu (LPE) ile fosforin - metil methakrilatın kararlı süspansiyonlarının hazırlanması gösterilmiştir. Metil methakrilat (MMA) sıvı bir monomerdir.

Fosforin Ultrasonik Sıvı Pul Pul Dökülme Protokolü

MMA_bPn, NVP_bPn ve Sty_bPn süspansiyonları LPE tarafından tek monomerin varlığında elde edildi. Tipik bir prosedürde, bir harçta dikkatlice ezilmiş ∼5 mg bP, bir test tüpüne kondu ve daha sonra ağırlıklı miktarda MMA, Sty veya NVP eklendi. Monomer bP süspansiyonu, sonotrode S26d2 (uç çapı: 2 mm) ile donatılmış bir Hielscher Ultrasonics homojenleştirici UP200St (200W, 26kHz) kullanılarak 90 dakika boyunca sonikleştirildi. Ultrasonik genlik, P = 7 W ile% 50'de sabit tutuldu. Her durumda, gelişmiş ısı dağılımı için bir buz banyosu kullanıldı. Son MMA_bPn, NVP_bPn ve Sty_bPn süspansiyonları daha sonra 15 dakika boyunca N2 ile infüze edildi. Tüm süspansiyonlar DLS tarafından analiz edildi ve rH değerleri DMSO_bPn'nınkine gerçekten yakın gösterildi. Örneğin, MMA_bPn süspansiyonu (bP içeriğinin yaklaşık% 1'ine sahip) rH = 512 ± 58 nm ile karakterize edildi.
Fosforen ile ilgili diğer bilimsel çalışmalar, ultrasonik temizleyici, yüksek kaynama noktası çözücüleri ve düşük verimlilik kullanarak birkaç saatlik sonikasyon süresini bildirirken, Passaglia'nın araştırma ekibi, bir prob tipi ultrasonicator (yani) kullanarak son derece verimli bir ultrasonik peeling protokolü göstermektedir. Hielscher ultrasonicator modeli UP200St).

Tek Katmanlı Nanosheets Ultrasonik Peeling

Borofen ve rutenyum oksit nanotabakaları için daha spesifik ayrıntıları ve peeling protokollerini okumak için lütfen aşağıdaki bağlantıları izleyin:
Borofen: Sonication protokolleri ve ultrasonik borofen eksfoliasyon sonuçları için, lütfen buraya tıklayın!
RuO2: Sonikasyon protokolleri ve ultrasonik rutenyum oksit nanosheet peeling sonuçları için, lütfen buraya tıklayın!

Birkaç Katmanlı Silika Nanosheets Ultrasonik Eksfoliasyon

Birkaç katmanlı pul pul dökülmüş silika nanotabakalar, ultrasonik peeling yoluyla doğal vermikülitten (Verm) hazırlandı. Pul pul dökülmüş silika nanotabakaların sentezi için aşağıdaki sıvı faz peeling yöntemi uygulanmıştır: 40 mg silika nanotabakalar 40 mL mutlak etanol içinde dağılmıştır. Daha sonra, karışım bir Hielscher ultrasonik işlemci UP200St, 7 mm sonotrode ile donatılmış kullanılarak 2 saat boyunca ultrasonikleştirildi. Ultrason dalgasının genliği% 70'te sabit tutuldu. Aşırı ısınmayı önlemek için bir buz banyosu uygulandı. Pul pul dökülmemiş SN, 10 dakika boyunca 1000 rpm'de santrifüjleme ile uzaklaştırıldı. Son olarak, ürün gece boyunca vakum altında oda sıcaklığında döküldü ve kurutuldu. (Bkz. Guo ve ark., 2022)

Xenes Nanosheets Eksfoliyasyonu için Yüksek Güçlü Ultrason Probları ve Reaktörleri

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 süredir deneyime sahip olan 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 sentezi ve borophene, fosfor veya grafen gibi diğer 2D monolayer 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 sunabilir. 200 μm'ye kadar genlikler 7/24 çalışmada kolayca çalıştırılabilir. Daha yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodes mevcuttur.
En Yüksek Kalite – Almanya'da Tasarlanan ve Üretilen: 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: