Бор нітриду нанотрубки – Відлущується і диспергується за допомогою ультразвукової обробки
Ультразвукове дослідження успішно застосовується для обробки та дисперсії нітридів бору (BNNTs). Ультразвукова обробка високої інтенсивності забезпечує однорідне детангування та розподіл у різних рішеннях і, таким чином, є важливою технікою обробки для включення BNNTs у рішення та матриці.
Ультразвукова обробка борних нітриду нанотрубок
Для того, щоб включити нанотрубки нітридів бору (BNNTs) або нітрид бору (БНН), такі як нанотехнації та нанориббони, в рідкі розчини або полімерні матриці, потрібна ефективна та надійна техніка дисперсії. Ультразвукова дисперсія забезпечує необхідну енергію для відлущування, детангування, диспергування та функціоналізації нанотрубок нітридів бору та наноструктур нітридів бору з високою ефективністю. Точно регульовані параметри обробки ультразвуку високої інтенсивності (тобто енергія, амплітуда, час, температура та тиск) дозволяють індивідуально коригувати умови обробки до цільової мети процесу. Це означає, що інтенсивність ультразвуку може бути скоригована щодо конкретного формулювання (якість BNNTs, розчинник, концентрація твердої рідини тощо), тим самим отримуючи оптимальні результати.

Ультразвуковий шлях до синтезу нітриду бору нанокапси
(дослідження та графіка: Yu et al. 2012)
Застосування ультразвукової обробки BNNT і BNN охоплюють весь діапазон від однорідної дисперсії двовимірних нітридів бору (2D-BNN), до їх функціоналізації та хімічного відлущування одношарового шестишарового нітриду бору. Нижче ми наномаємо детальну інформацію про ультразвукову дисперсію, відлущування та функціоналізацію БНТ та БНН.

Установка ультразвукових диспергаторів (2x UIP1000hdT) для переробки нітридів бору нанотрубок промислових масштабів
Ультразвукова дисперсія борних нітриду нанотрубок
Коли нанотрубки нітридів бору (BNNTs) використовуються для армування полімерів або синтезу нових матеріалів, потрібна рівномірна і надійна дисперсія в матрицю. Ультразвукові дисперсери широко використовуються для диспергування наноматеріалів, таких як CNTs, металеві наночастинки, частинки оболонки ядра та інші типи наночастинок у другу фазу.
Ультразвукова дисперсія була успішно застосована для детангування та рівномірного розподілу BNNTs у вихкових та неводних розчинах, включаючи етанол, PVP етанол, етанол TX100, а також різні полімери (наприклад, поліуретан).
Поширеним використовуваним поверхнево-активною речовиною для стабілізації ультрачно підготовленої дисперсії BNNT є 1% wt розчин додекілульфат натрію (SDS). Наприклад, 5 мг БНТ ультразвуково дисперговані у флаконі з 5 мл з 1% wt. рішення SDS за допомогою ультразвукового диспергатора типу зонда, такого як UP200St (26 кГц, 200 Вт).
Вакастична дисперсія БНТ за допомогою ультразвуку
Завдяки своїм сильним взаємодіям ван дер Ваальса і гідрофобної поверхні, нанотрубки нітридів бору погано диспергуються в розчинах на водній основі. Для вирішення цих проблем Jeon et al. (2019) використовував Pluronic P85 і F127, які мають як гідрофільні групи, так і гідрофобні групи для функціоналізації BNNT під ультразвуковою обробкою.

SEM-зображення коротших BNN-об'єктів після різних тривалості ультразвукової обробки. Як показано, довжини цих BNNTs зменшуються зі збільшенням кумулятивної тривалості ультразвукової обробки.
(дослідження та зображення: Лі та ін. 2012)
Поверхнево-активне відлущування борних нітриду наносупутників за допомогою ультразвукової обробки
Lin et al. (2011) представляє чистий метод відлущування та дисперсії нітриду шестикутного бору (h-BN). Нітрид шестикутного бору традиційно вважається нерозчинним у воді. Однак вони змогли продемонструвати, що вода ефективна для відлущування шаруватих h-BN структур за допомогою ультразвуку, утворюючи «чисті» водні дисперсії h-BN наносупутників без використання поверхнево-активних речовин або органічної функціоналізації. Цей ультразвуковий процес відлущування виробляв малошарові наносупутники h-BN, а також моношарові наношарові та нанориббонові види. Більшість наносупутники були зменшених бічних розмірів, що було пов'язано з різанням батьківських h-BN листів, викликаних гідролізом за допомогою ультразвукової обробки (підтверджений результатами тесту на аміак і спектроскопії). Ультрачно індукований гідроліз також сприяв відлущування h-BN наносупутників на допомогу ефекту полярності розчинника. H-BN наносупутники в цих "чистих" вади дисперсії проявили хорошу технологічність за допомогою методів рішення, зберігаючи свої фізичні характеристики. Дисперсні h-BN наносупутники у воді також демонструють сильну спорідненість до білків, таких як феритин, що дозволяє припустити, що поверхні нанотехнологій були доступні для подальших біоз'єкцій.
Ультразвукове зменшення розміру та різання борних нітриду нанотрубок
Довжина нітридів бору відіграє вирішальну роль, коли мова йде про подальшу обробку BNNTs в полімери та інші функціоналізовані матеріали. Тому важливим є той факт, що ультразвукова обробка БНТ в розчиннику могла не тільки відокремити БНТ індивідуально, але і скоротити бамбукові структуровані БНТ в контрольованих умовах. Укорочені БНТ мають набагато менші шанси на комплектування під час композитної підготовки. Лі на al. (2012) продемонстрував, що довжини функціоналізованих BNNTs можуть бути ефективно скорочені від > 10μm до ∼500nm за допомогою ультразвуку. Їх експерименти свідчать про те, що ефективна ультразвукова дисперсія BNNT у розчині необхідна для такого скорочення та різання розміру BNNT.

(c) Добре розчленовані mPEG- DSPE / BNNTs у воді (після 2 год ультразвукової обробки). (d) Схематичний представник BNNT, функціонований молекулою mPEG-DSPE
(дослідження та зображення: Лі та ін. 2012)

Ультразвуковий гомогенізатор UP400St для дисперсії нітридів бору (BNNTs)
Високоехудіївні ультраакукатори для обробки BNNT
Розумні особливості hielscher ультраакукатори призначені для забезпечення надійної роботи, відтворюваних результатів і зручності користувача. Оперативні налаштування можна легко отримати доступ і набирати через інтуїтивно зрозуміле меню, доступ до якого можна отримати за допомогою цифрового кольорового сенсорного дисплея та пульта дистанційного керування браузера. Тому всі умови обробки, такі як чиста енергія, сумарна енергія, амплітуда, час, тиск і температура, автоматично записуються на вбудовану SD-карту. Це дозволяє переглянути і порівняти попередні пробіги ультразвукової обробки та оптимізувати процес відлущування та дисперсії борних нітриду та наноматеріалів до найвищої ефективності.
Hielscher Ультразвукові системи використовуються в усьому світі для виробництва високоякісних BNNTs. Hielscher промислові ультраакукатори можуть легко працювати високі амплітуди в безперервній роботі (24/7/365). Амплітуди до 200 мкм можуть легко безперервно генеруються за допомогою стандартних сонотродів (ультразвукові зонди / роги). Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Завдяки своїй надійності та низькому обслуговуванню, наші ультразвукові системи відлущування та дисперсії зазвичай встановлюються для важких застосувань та у вимогливих середовищах.
Hielscher Ультразвук’ промислові ультразвукові процесори можуть доставляти дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в роботі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Ультразвукові процесори Hielscher для дисперсії та відлущування нанотрубок нітридів бору, а також CNTs та графена вже встановлені по всьому світу в комерційних масштабах. Зв'яжіться з нами зараз, щоб обговорити ваш виробничий процес BNNT! Наш досвідчений персонал із задоволенням поділиться додатковою інформацією про процес відлущування, ультразвукові системи та ціноутворення!
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:
пакетний Обсяг | швидкість потоку | Рекомендовані пристрої |
---|---|---|
Від 1 до 500мл | Від 10 до 200мл / хв | UP100H |
Від 10 до 2000мл | Від 20 до 400мл / хв | UP200Ht, UP400St |
0.1 до 20 л | 0.2 до 4л / хв | UIP2000hdT |
Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л / хв | UIP4000hdT |
застосовується | Від 10 до 100 л / хв | UIP16000 |
застосовується | більший | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!
Література/довідники
- 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.
Факти варті знати
Борні нітриди нанотрубки і наноматеріали
Нанотрубки нітридів бору пропонують унікальну атомну структуру, зібрану з атомів бору і азоту, розташованих в шестикутній мережі. Ця структура надає BNNT численні відмінні властивості, такі як чудова механічна міцність, висока теплопровідність, електрично ізоляційна поведінка, п'єзоелектрична властивість, здатність до нейтронного екранування та стійкість до окислення. Розрив діапазону 5 еВ також можна налаштувати за допомогою поперечних електричних полів, які роблять BNNTs цікавими для електронних пристроїв. Крім того, BNNTs мають високу стійкість до окислення до 800 ° C, демонструють відмінну п'єзоелектричність і можуть бути хорошим матеріалом для зберігання водню кімнатної температури.
BNNTs vs графен: BNNTs є структурними аналогами графена. Основною відмінністю борних нітриду на основі наноматеріалів від їх аналогів на основі вуглецю є характер зв'язків між атомами. Зв'язок C-C в вуглецевих наноматеріалах має чистий ковалентний характер, в той час як зв'язки B-N представляють частково іонний характер завдяки e−pair в гібридизованому B-N sp2. (пор. Еманета та ін.)
BNNTs vs. Carbon Nanotubes: Boron nitride nanotubes (BNNTs) демонструють подібну трубчасту наноструктуру до вуглецевих нанотрубок (CNTs), в яких атоми бору і азоту розташовані в шестикутній мережі.
Ксени: Ксени - це 2D, моноелементальні наноматеріали. Яскравими прикладами є борофен, галлен, силіцен, германен, станен, фосфорин, арсенін, антимонен, бісмутген, телурен і селен. Xenes мають надзвичайні властивості матеріалу, які, таким чином, мають потенціал для подолання обмежень щодо практичного застосування інших 2D-матеріалів. Дізнайтеся більше про ультразвукове відлущування ксен!

Hielscher Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.