Нанотрубки нітриду бору – розшарування та диспергування за допомогою ультразвукової обробки

Ультразвукову обробку успішно застосовують для обробки та диспергування нанотрубок нітриду бору (BNNT). Інтенсивна ультразвукова обробка забезпечує однорідне розплутування та розподіл у різних розчинах, що робить її важливою технологією обробки для включення BNNT у розчини та матриці.

Ультразвукова обробка нанотрубок нітриду бору

Щоб включити нанотрубки нітриду бору (BNNT) або наноструктури нітриду бору (BNN), такі як нанопластини та нанострічки, у рідкі розчини або полімерні матриці, потрібна ефективна та надійна техніка диспергування. Ультразвукове диспергування забезпечує необхідну енергію для розшарування, розплутування, диспергування та функціоналізації нанотрубок нітриду бору та наноструктур нітриду бору з високою ефективністю. Точно контрольовані параметри обробки інтенсивним ультразвуком (тобто енергія, амплітуда, час, температура та тиск) дозволяють індивідуально налаштовувати умови обробки відповідно до цільової мети процесу. Це означає, що інтенсивність ультразвуку можна регулювати з урахуванням конкретної формуляції (якість BNNT, розчинник, концентрація тверда-рідка тощо), досягаючи оптимальних результатів.

Застосування ультразвукової обробки BNNT та BNN охоплює весь спектр від однорідного диспергування двовимірних наноструктур нітриду бору (2D-BNN) до їх функціоналізації та хімічного розшарування одношарового гексагонального нітриду бору. Нижче ми наводимо деталі щодо ультразвукового диспергування, розшарування та функціоналізації BNNT та BNN.

Ультразвукове диспергування нанотрубок нітриду бору

Коли нанотрубки нітриду бору (BNNT) використовують для армування полімерів або синтезу нових матеріалів, потрібне однорідне та надійне диспергування в матриці. Ультразвукові диспергатори широко використовують для диспергування наноматеріалів, таких як CNT, металеві наночастинки, частинки типу ядро-оболонка та інші типи наночастинок, у другу фазу.
Ультразвукове диспергування успішно застосовували для розплутування та однорідного розподілу BNNT у водних та неводних розчинах, включаючи етанол, PVP-етанол, TX100-етанол, а також у різних полімерах (наприклад, поліуретані).
Звичайним ПАР для стабілізації дисперсії BNNT, приготованої за допомогою ультразвуку, є 1%wt розчин додецилсульфату натрію (SDS). Наприклад, 5 mg BNNT ультразвуково диспергують у флаконі з 5 mL 1%wt. розчину SDS, використовуючи ультразвуковий диспергатор зондового типу, такий як UP200St (26kHz, 200W).

Водне диспергування BNNT за допомогою ультразвуку

Через сильні ван-дер-ваальсові взаємодії та гідрофобну поверхню нанотрубки нітриду бору погано диспергуються у водних розчинах. Щоб вирішити ці проблеми, Jeon et al. (2019) використали Pluronic P85 та F127, які мають як гідрофільні, так і гідрофобні групи, для функціоналізації BNNT під час ультразвукової обробки.

Розшарування нанопластин нітриду бору без ПАР за допомогою ультразвукової обробки

Лін та ін. (2011) представили чистий метод ексфоліації та диспергування гексагонального нітриду бору (h-BN). Гексагональний нітрид бору традиційно вважається нерозчинним у воді. Однак їм вдалося продемонструвати, що вода є ефективною для ексфоліації шаруватих структур h-BN за допомогою ультразвукової обробки, утворюючи «чисті» водні дисперсії нанолістів h-BN без використання поверхнево-активних речовин або органічної функціоналізації. Цей процес ультразвукової ексфоліації виробив нанолісти h-BN з малою кількістю шарів, а також одношарові нанолісти та нанострічки. Більшість нанолістів мали зменшений бічний розмір, що було пов’язано з розрізанням вихідних листів h-BN, викликаним гідролізом, який сприяв ультразвуковій обробці (підтверджено тестом на аміак та результатами спектроскопії). Гідроліз, викликаний ультразвуком, також сприяв ексфоліації нанолістів h-BN, допомагаючи полярному ефекту розчинника. Нанолісти h-BN у цих «чистих» водних дисперсіях демонстрували хорошу оброблюваність за допомогою розчинних методів, зберігаючи свої фізичні характеристики. Дисперговані нанолісти h-BN у воді також виявляли сильну спорідненість до білків, таких як феритин, що свідчить про те, що поверхні нанолістів були доступні для подальших біокон’югацій.

Сономеханічний метод диспергування, що використовує ультразвукову кавітацію та зсувні сили, є суто фізичним підходом до змішування, який, як було доведено, здатний розплутувати пучки BNNT та стабілізувати окремі BNNT, зберігаючи їхню цілісність та внутрішні властивості. Застосовуючи відповідну ультразвукову енергію (Ws/mL), тобто налаштовану амплітуду та тривалість ультразвукової обробки, ультразвукове диспергування може розплутати та рівномірно диспергувати BNNT. Вищі амплітуди та довшу ультразвукову обробку можна застосовувати, якщо довжину нанотрубок нітриду бору слід зменшити. Дізнайтеся більше про ультразвукове зменшення розміру та розрізання довжини BNNT у наступному розділі.

Ультразвукове зменшення розміру та розрізання нанотрубок нітриду бору

Довжина нанотрубок нітриду бору відіграє вирішальну роль при подальшій обробці BNNT у полімери та інші функціоналізовані матеріали. Тому важливо, що ультразвукова обробка BNNT у розчиннику може не лише розділити BNNT індивідуально, але й скоротити бамбукоподібні BNNT за контрольованих умов. Скорочені BNNT мають значно меншу ймовірність утворення пучків під час приготування композитів. Лі та ін. (2012) продемонстрували, що довжину функціоналізованих BNNT можна ефективно скоротити з >10µm до ∼500nm за допомогою ультразвукової обробки. Їхні експерименти свідчать про те, що ефективне ультразвукове диспергування BNNT у розчині є необхідним для такого розрізання та зменшення розміру BNNT.

Високопродуктивні ультразвукові системи для обробки BNNT

Інтелектуальні функції ультразвукових гомогенізаторів Hielscher розроблені для гарантування надійної роботи, відтворюваних результатів та зручності використання. Параметри роботи можна легко налаштувати через інтуїтивно зрозуміле меню, доступ до якого здійснюється за допомогою цифрового кольорового сенсорного дисплея та дистанційного керування через браузер. Тому всі умови обробки, такі як чиста енергія, загальна енергія, амплітуда, час, тиск і температура, автоматично записуються на вбудовану SD-картку. Це дозволяє переглядати та порівнювати попередні цикли ультразвукової обробки, а також оптимізувати процес розшарування та диспергування нанотрубок нітриду бору та наноматеріалів до найвищої ефективності.
Системи Hielscher Ultrasonics використовуються у всьому світі для виробництва високоякісних BNNT. Промислові ультразвукові гомогенізатори Hielscher можуть легко працювати з високими амплітудами в безперервному режимі (24/7/365). Амплітуди до 200µm можна легко генерувати безперервно зі стандартними сонотродами (ультразвукові зонди / рупори). Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Завдяки своїй надійності та низьким вимогам до обслуговування, наші системи ультразвукового розшарування та диспергування зазвичай встановлюються для важких умов експлуатації та у складних середовищах.
Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати безперервно в режимі 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Ультразвукові процесори Hielscher для диспергування та розшарування нанотрубок нітриду бору, а також CNT та графену вже встановлені у всьому світі в промислових масштабах. Зв’яжіться з нами зараз, щоб обговорити ваш процес виробництва BNNT! Наш досвідчений персонал буде радий надати більше інформації про процес розшарування, ультразвукові системи та ціни!
Наведені нижче дані дають уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових гомогенізаторів: