Нанотрубки з нітриду бору – Відлущування та диспергування за допомогою ультразвуку

Ультразвук успішно застосовується для обробки та диспергування нанотрубок з нітриду бору (BNNTs). Високоінтенсивна ультразвукова обробка забезпечує однорідне розплутування та розподіл у різних розчинах і, таким чином, є важливою технікою обробки для включення BNNT у розчини та матриці.

Ультразвукова обробка нанотрубок з нітриду бору

Для включення нанотрубок нітриду бору (BNNT) або наноструктур нітриду бору (BNN), таких як нанолисти та нанострічки, у рідкі розчини або полімерні матриці, потрібна ефективна та надійна техніка дисперсії. Ультразвукова дисперсія забезпечує необхідну енергію для відлущування, розплутування, диспергування та функціоналізації нанотрубок нітриду бору та наноструктур нітриду бору з високою ефективністю. Точно контрольовані параметри обробки високоінтенсивного ультразвуку (тобто енергія, амплітуда, час, температура та тиск) дозволяють індивідуально налаштувати умови обробки відповідно до поставленої мети процесу. Це означає, що інтенсивність ультразвуку можна регулювати залежно від конкретної рецептури (якість BNNTs, розчинника, концентрації твердої рідини тощо), тим самим отримуючи оптимальні результати.

Застосування ультразвукової обробки BNNT та BNN охоплює повний діапазон від однорідної дисперсії двовимірних наноструктур нітриду бору (2D-BNN) до їх функціоналізації та хімічного відлущування одношарового гексагонального нітриду бору. Нижче ми детально розповімо про ультразвукову дисперсію, відлущування та функціоналізацію BNNT та BNN.

Ультразвукова дисперсія нанотрубок з нітриду бору

Коли нанотрубки з нітриду бору (BNNT) використовуються для зміцнення полімерів або синтезу нових матеріалів, потрібна рівномірна та надійна дисперсія в матриці. Ультразвукові диспергатори широко використовуються для диспергування наноматеріалів, таких як ВНТ, металеві наночастинки, частинки оболонки ядра та інші типи наночастинок, у другу фазу.
Ультразвукова дисперсія успішно застосовується для розплутування та рівномірного розподілу BNNTs у водних та неводних розчинах, включаючи етанол, PVP-етанол, етанол TX100, а також різні полімери (наприклад, поліуретан).
Широко використовуваною поверхнево-активною речовиною для стабілізації ультразвуково приготовленої дисперсії BNNT є 1% wt розчин додецилсульфату натрію (SDS). Наприклад, 5 мг BNNT ультразвуково диспергують у флаконі з 5 мл 1% мас. SDS розчину за допомогою ультразвукового диспергатора зондового типу, такого як UP200St (26 кГц, 200 Вт).

Водна дисперсія БННТ за допомогою ультразвуку

Через їх сильну ван-дер-ваальсову взаємодію та гідрофобну поверхню нанотрубки з нітриду бору погано диспергуються в розчинах на водній основі. Щоб вирішити ці проблеми, Jeon et al. (2019) використовували Pluronic P85 і F127, які мають як гідрофільні, так і гідрофобні групи для функціоналізації BNNT при ультразвуковому дослідженні.

Відлущування нанолистів нітриду бору без поверхнево-активних речовин за допомогою ультразвуку

Lin et al. (2011) present a clean method of exfoliation and dispersion of hexagonal boron nitride (h-BN). Hexagonal boron nitride is traditionally considered to be insoluble in water. However, they were able to demonstrate that water is effective to exfoliate the layered h-BN structures using ultrasonication, forming “чистий” aqueous dispersions of h-BN nanosheets without the use of surfactants or organic functionalization. This ultrasonic exfoliation process produced few-layered h-BN nanosheets as well as monolayered nanosheet and nanoribbon species. Most nanosheets were of reduced lateral sizes, which was attributed to the cutting of parent h-BN sheets induced by the sonication-assisted hydrolysis (corroborated by the ammonia test and spectroscopy results). The ultrasonically induced hydrolysis also promoted the exfoliation of h-BN nanosheets in assistance to the polarity effect of the solvent. The h-BN nanosheets in these “чистий” aqueous dispersions exhibited good processability via solution methods retaining their physical characteristics. The dispersed h-BN nanosheets in water also exhibited strong affinity toward proteins such as ferritin, suggesting that the nanosheet surfaces were available for further bio-conjugations.

Метод сономеханічної дисперсії з використанням ультразвукових кавітаційних та зсувних сил є чисто фізичним підходом до змішування, який довів свою здатність роз'єднувати BNNT та стабілізувати окремі BNNT, зберігаючи їх цілісність та внутрішні властивості. Застосовуючи відповідну ультразвукову енергію (Вт/мл), тобто регульовану амплітуду та тривалість звуку, ультразвукова дисперсія може рівномірно розплутувати та розсіювати BNNTS. Більш високі амплітуди і більш тривалі ультразвуки можуть бути застосовані, якщо довжину нанотрубок нітриду бору слід зменшити. Детальніше про ультразвукове зменшення розміру та різання по довжині БННТ читайте в наступному розділі.

Ультразвукове зменшення розміру та різання нанотрубок з нітриду бору

The length of boron nitride nanotubes plays a crucial role when it comes to the subsequent processing of BNNTs into polymers and other functionalized materials. Therefore it is an important fact that sonication of the BNNTs in solvent could not only separate BNNTs individually, but also shorten the bamboo structured BNNTs under controlled conditions. The shortened BNNTs have a much lower chance of bundling during composite preparation.Lee at al. (2012) demonstrated that the lengths of functionalized BNNTs can be efficiently shortened from >10µm to ∼500nm by ultrasonication. Their experiments suggest that effective ultrasonic dispersion of BNNT in solution is necessary for such cutting of BNNT size reduction and cutting.

Високопродуктивні ультразвукові апарати для обробки BNNT

Інтелектуальні функції ультразвукових систем Hielscher розроблені таким чином, щоб гарантувати надійну роботу, відтворювані результати та зручність використання. Доступ до робочих налаштувань можна легко отримати та набрати за допомогою інтуїтивно зрозумілого меню, доступ до якого можна отримати за допомогою цифрового кольорового сенсорного дисплея та пульта дистанційного керування браузером. Тому всі умови обробки, такі як чиста енергія, загальна енергія, амплітуда, час, тиск і температура, автоматично записуються на вбудовану SD-карту. Це дозволяє переглянути та порівняти попередні прогони ультразвуку, а також оптимізувати процес відлущування та диспергування нанотрубок та наноматеріалів з нітриду бору для досягнення найвищої ефективності.
Ультразвукові системи Hielscher використовуються у всьому світі для виробництва високоякісних БННТ. Промислові ультразвукові апарати Hielscher можуть легко працювати з високими амплітудами в безперервній роботі (24/7/365). Амплітуди до 200 мкм можуть бути легко безперервно генеровані за допомогою стандартних сонотродів (ультразвукових зондів? ріжків). Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Завдяки своїй міцності та невибагливому обслуговуванню наші системи ультразвукового відлущування та диспергування зазвичай встановлюються для важких умов експлуатації та в складних умовах.
Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Ультразвукові процесори Hielscher для диспергування та відлущування нанотрубок з нітриду бору, а також ВНТ та графену вже встановлені у всьому світі в комерційних масштабах. Зв'яжіться з нами зараз, щоб обговорити ваш процес виробництва BNNT! Наш досвідчений персонал буде радий поділитися додатковою інформацією про процес відлущування, ультразвукові системи та ціни!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: