Sanoat miqyosida borofenning ultratovushli sintezi
Borning ikki oʻlchamli nanostrukturali hosilasi boʻlgan borofenni sodda va kam xarajatli ultratovushli eksfoliatsiya yordamida samarali sintez qilish mumkin. Suyuq fazadagi ultratovushli eksfoliatsiyadan katta miqdorda yuqori sifatli borofen nanovaraqlarini ishlab chiqarish uchun foydalanish mumkin. Ultratovushli eksfoliatsiya usuli 2D nanomateriallarni (masalan, grafenni) ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladi hamda yuqori sifatli nanovaraqlar, yuqori mahsulot chiqishi, tez va sodda bajarilish, shuningdek, umumiy samaradorlik kabi afzalliklari bilan yaxshi tanilgan.
Borofen tayyorlash uchun ultratovushli eksfoliatsiya usuli
Ultratovush taʼsirida kechadigan suyuq fazadagi eksfoliatsiya turli hajmli boshlangʻich materiallardan, jumladan, grafit (grafen), bor (borofen) va boshqalardan 2D nanovaraqlar tayyorlashda keng qoʻllaniladi. Kimyoviy eksfoliatsiya usuli bilan taqqoslaganda, ultratovush yordamidagi suyuq fazali eksfoliatsiya bor kvant nuqtalari (BQDs) va borofen kabi 0D va 2D nanostrukturalarni tayyorlash uchun istiqbolliroq strategiya hisoblanadi. (qarang: Wang et al., 2021)
Chapdagi sxema kam qatlamli 2D borofen varaqlarining past haroratda suyuqlikdagi ultratovushli eksfoliatsiya jarayonini koʻrsatadi. (Tadqiqot va rasm: ©Lin et al., 2021.)
Sonokimyoviy reaktor 2000 watts quvvatli sanoat ultratovush protsessori UIP2000hdT bilan jihozlangan boʻlib, katta miqyosda borofen eksfoliatsiyasi uchun moʻljallangan.
Borofenning ultratovushli eksfoliatsiyasiga oid amaliy tadqiqotlar
Suyuq fazali jarayonda yuqori quvvatli ultratovush yordamida eksfoliatsiya qilish va qatlamlarga ajratish keng oʻrganilgan hamda borofen va borning boshqa hosilalariga, masalan, bor kvant nuqtalari, bor nitridi yoki magniy diboridiga muvaffaqiyatli qoʻllanilgan.
α-borofen
Göktuna va Taşaltın (2021) oʻtkazgan tadqiqotda α-borofen sodda va kam xarajatli ultratovushli eksfoliatsiya yordamida tayyorlangan. Ultratovush yordamida sintez qilingan borofen nanovaraqlari α-borofenning kristall tuzilishiga ega.
Protokol: suyuq fazadagi ultratovushli eksfoliatsiya jarayonida oksidlanishning oldini olish uchun 100 mg bor mikrozarralariga 100 ml DMF ichida 200 W quvvatda (masalan, S26d14 bilan jihozlangan UP200St yordamida) 4h davomida azot (N2) oqimi boshqariladigan kamerada ultratovush bilan ishlov berilgan. Eksfoliatsiya qilingan bor zarralari eritmasi mos ravishda 5000 rpm va 12 000 rpm tezliklarda 15 min davomida sentrifugalangan, soʻngra borofen ehtiyotkorlik bilan yigʻib olingan va vakuum muhitida 50ºC haroratda 4h davomida quritilgan. (qarang: Göktuna and Taşaltın, 2021)
Zondli ultratovush yordamidagi solvotermal ishlov berish jarayonida eksfoliatsiya qilingan kam qatlamli borofenning sxematik tasviri.
Tadqiqot va rasm: ©Zhang et al., 2020
Kam qatlamli borofen
Zhang et al. (2020) katta gorizontal oʻlchamli, yuqori sifatli borofen ishlab chiqarish imkonini beradigan asetonda solvotermal suyuq fazali eksfoliatsiya usulini bayon qilgan. Asetonning shishirish taʼsiridan foydalanib, dastlab boshlangʻich bor kukuni asetonda namlangan. Soʻngra namlangan boshlangʻich bor materialiga asetonda 200ºC haroratda qoʻshimcha solvotermal ishlov berilgan, shundan keyin zondli ultratovush qurilmasi yordamida 225 W quvvatda 4h davomida ultratovush bilan ishlov berilgan. Natijada bir necha bor qatlamidan iborat va gorizontal oʻlchami 5,05 mm gacha boʻlgan borofen olingan. Aseton yordamidagi solvotermal suyuq fazali eksfoliatsiya usulidan katta gorizontal oʻlchamli va yuqori sifatli bor nanovaraqlarini tayyorlash uchun foydalanish mumkin. (qarang: Zhang et al., 2020)
Ultratovush yordamida eksfoliatsiya qilingan borofenning XRD difraktogrammasi hajmli boshlangʻich bor materiali bilan taqqoslanganda, oʻxshash XRD difraktogrammasini kuzatish mumkin. Asosiy difraksiya choʻqqilarining aksariyatini b-romboedrik borga tegishli deb indekslash mumkin, bu esa kristall tuzilish eksfoliatsiya ishlovidan oldin va keyin deyarli saqlanib qolishini koʻrsatadi.
Asetonda ultratovush yordamidagi solvotermal eksfoliatsiya orqali olingan kam qatlamli borofenning past aniqlikdagi (a) va yuqori aniqlikdagi (b) SEM tasvirlari
Tadqiqot va rasm: ©Zhang et al., 2020
Ishlov berilmagan hajmli bor va zondli ultratovush yordamidagi solvotermal eksfoliatsiya orqali olingan kam qatlamli borofenning XRD difraktogrammalari (a) va Raman spektrlari (b).
Tadqiqot va rasm: ©Zhang et al., 2020
Bor kvant nuqtalarining sonokimyoviy sintezi
Hao et al. (2020) kuchli zondli ultratovush qurilmasi (masalan, UP400St, UIP500hdT yoki UIP1000hdT) yordamida yuqori qutbli organik erituvchi boʻlgan asetonitrilda kengaytirilgan bor kukunidan bir xil kristall yarimoʻtkazgich bor kvant nuqtalarini (BQDs) katta miqyosda muvaffaqiyatli tayyorlagan. Sintez qilingan bor kvant nuqtalarining lateral oʻlchami 2,46 ±0,4 nm, qalinligi esa 2,81 ±0,5 nm boʻlgan.
Protokol: bor kvant nuqtalarini odatiy tayyorlashda dastlab uch boʻyinli kolbaga 30 mg bor kukuni solingan, soʻngra ultratovush bilan ishlov berish jarayonidan oldin idishga 15 mL asetonitril qoʻshilgan. Eksfoliatsiya 400 W chiqish quvvatida (masalan, UIP500hdT yordamida), 20kHz chastotada va 60 min ultratovush bilan ishlov berish vaqti bilan bajarilgan. Ultratovush bilan ishlov berish paytida eritmaning haddan tashqari qizib ketishining oldini olish uchun haroratni doimiy saqlash maqsadida muzli vanna yoki laboratoriya sovitkichi yordamida sovitish qoʻllanilgan. Hosil boʻlgan eritma 1500 rpm tezlikda 60 min davomida sentrifugalangan. Bor kvant nuqtalarini oʻz ichiga olgan choʻkma ustidagi suyuqlik ehtiyotkorlik bilan ajratib olingan. Barcha tajribalar xona haroratida oʻtkazilgan. (qarang: Hao et al., 2020)
Wang et al. (2021) tadqiqotida ham tadqiqotchilar bor kvant nuqtalarini suyuq fazadagi ultratovushli eksfoliatsiya usuli yordamida tayyorlagan. Ular oʻlchamlar taqsimoti tor, disperslanish qobiliyati aʼlo, IPA eritmasida barqarorligi yuqori va «two-photo» fluoressensiyasiga ega monodispers bor kvant nuqtalarini olgan.
Turli ultratovush sharoitlarida tayyorlangan BQDs ning TEM tasvirlari va ularga mos diametr taqsimoti. (a) 400 W quvvatda 2 h davomida sintez qilingan BQDs-2 ning TEM tasviri. (b) 550 W quvvatda 1 h davomida sintez qilingan BQDs-3 ning TEM tasviri. (c) 400 W quvvatda 4 h davomida sintez qilingan BQDs-3 ning TEM tasviri. (d) (a) dan olingan kvant nuqtalarining diametr taqsimoti. (e) (b) dan olingan kvant nuqtalarining diametr taqsimoti. (f) (c) dan olingan kvant nuqtalarining diametr taqsimoti.
Tadqiqot va rasm: ©Hao et al., 2020
Magniy diboridi nanovaraqlarining ultratovushli eksfoliatsiyasi
Eksfoliatsiya jarayoni 450mg magniy diboridi
(MgB2) kukunini (taxminan 100 mesh oʻlchamli / 149 mikron) 150 ml suvda suspenziyalash va unga 30 daqiqa davomida ultratovush bilan ishlov berish orqali bajarilgan. Ultratovushli eksfoliatsiyani UP200Ht yoki UP400St kabi zondli ultratovush qurilmasi yordamida 30% amplitudada va 10sec yoqish/oʻchirish impulslari sikli rejimida bajarish mumkin. Ultratovushli eksfoliatsiya natijasida toʻq qora suspenziya hosil boʻladi. Qora rangni dastlabki MgB2 kukunining rangi bilan izohlash mumkin.
Suvdagi grafit parchasining sonomexanik eksfoliatsiyasini koʻrsatuvchi yuqori tezlikda olingan kadrlar ketma-ketligi (a dan f gacha); bunda 200W quvvatli UP200S ultratovush qurilmasi 3mm sonotrod bilan qoʻllanilgan. Strelkalar ajralish (eksfoliatsiya) joyini va ajralish oraligʻiga kirib borayotgan kavitatsiya pufakchalarini koʻrsatadi.
© Tyurnina et al. 2020
Har qanday miqyosda borofen eksfoliatsiyasi uchun kuchli ultratovush qurilmalari
Hielscher Ultrasonics har qanday oʻlchamdagi mustahkam va ishonchli ultratovush qurilmalarini loyihalaydi, ishlab chiqaradi va tarqatadi. Ixcham laboratoriya ultratovush qurilmalaridan tortib sanoat ultratovush zondlari va reaktorlarigacha, Hielscher jarayoningiz uchun ideal ultratovush tizimiga ega. Nanomateriallar sintezi va dispersiyalash kabi qoʻllanishlarda koʻp yillik tajribaga ega, puxta tayyorlangan xodimlarimiz talablaringiz uchun eng mos konfiguratsiyani tavsiya qiladi. Hielscher sanoat ultratovush protsessorlari sanoat korxonalarida ishonchli, tinimsiz ishlaydigan qurilmalar sifatida tanilgan. Juda yuqori amplitudalarni taʼminlay oladigan Hielscher ultratovush qurilmalari borofen yoki grafen eksfoliatsiyasi, shuningdek, nanomateriallarni dispersiyalash kabi yuqori unumdorlik talab qiladigan qoʻllanishlar uchun idealdir. 200µm gacha boʻlgan amplitudalarda 24/7 rejimida uzluksiz ishlashni osonlik bilan amalga oshirish mumkin. Yanada yuqori amplitudalar uchun buyurtma asosida tayyorlangan ultratovush sonotrodlari mavjud.
Barcha uskunalar Germaniyadagi bosh qarorgohimizda loyihalanadi va ishlab chiqariladi. Mijozga yetkazib berilishidan oldin har bir ultratovush qurilmasi toʻliq yuklama ostida sinchiklab sinovdan oʻtkaziladi. Biz mijozlar qoniqishiga intilamiz va ishlab chiqarishimiz eng yuqori sifat kafolatini (masalan, ISO sertifikatlashini) taʼminlashga yoʻnaltirilgan.
- yuqori samaradorlik
- eng zamonaviy texnologiya
- ishonchlilik va mustahkamlik
- partiyali va oqim liniyasida ishlov berish
- har qanday hajm uchun
- intellektual dasturiy taʼminot
- aqlli funksiyalar (masalan, maʼlumotlarni qayd etish)
- CIP (joyida tozalash)
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba va sanoat miqyosida aralashtirish, dispersiyalash, emulsiyalash va ekstraksiya uchun yuqori unumdor ultratovushli gomogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Adabiyotlar / Manbalar
- Feng Zhang, Liaona She, Congying Jia, Xuexia He, Qi Li, Jie Sun, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu (2020): Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation. RSC Advances 46, 2020.
- Simru Göktuna, Nevin Taşaltın (2021): Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,
Volume 134, 2021. - Chen, C., Lv, H., Zhang, P. et al. (2021): Synthesis of bilayer borophene. Nature Chemistry 2021.
- Haojian, Lin; Shi, Haodong;Wang, Zhen; Mu, Yuewen ; Li, Si-Dian; Zhao, Jijun; Guo, Jingwei ; Yang, Bing; Wu, Zhong-Shuai; Liu, Fei. (2021): Low-temperature Liquid Exfoliation of Milligram-scale Single Crystalline Few-layer β12-Borophene Sheets as Efficient Electrocatalysts for Lithium–Sulfur Batteries. 2021.
- Jinqian Hao; Guoan Tai; Jianxin Zhou; Rui Wang; Chuang Hou; Wanlin Guo (2020): Crystalline Semiconductor Boron Quantum Dots. ACS Applied Material Interfaces 12 (15), 2020. 17669–17675.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Borofen
Borofen borning kristall atomar monoqatlami, yaʼni borning ikki oʻlchamli allotropidir (bor nanovaragʻi deb ham ataladi). Uning oʻziga xos fizik va kimyoviy xususiyatlari borofenni koʻplab sanoat qoʻllanishlari uchun qimmatli materialga aylantiradi.
Borofenning ajoyib fizik va kimyoviy xususiyatlari oʻziga xos mexanik, termik, elektron, optik va oʻta oʻtkazuvchanlik jihatlarini oʻz ichiga oladi.
Bu borofendan ishqoriy metall ionli akkumulyatorlar, Li-S akkumulyatorlari, vodorodni saqlash, superkondensatorlar, kislorodni qaytarish va ajratib chiqarish, shuningdek, CO2 ni elektroqaytarish reaksiyasida foydalanish imkoniyatlarini ochadi. Ayniqsa, borofenga akkumulyatorlar uchun anod materiali va vodorodni saqlash materiali sifatida katta qiziqish bildirilmoqda. Yuqori nazariy solishtirma sigʻimlari, elektron oʻtkazuvchanligi va ion tashish xususiyatlari tufayli borofen akkumulyatorlar uchun ajoyib anod materiali hisoblanadi. Borofenda vodorodning adsorbsiyalanish sigʻimi yuqori boʻlgani uchun u vodorodni saqlashda katta salohiyatga ega – saqlash sigʻimi uning massasining 15% idan ortiq.
Vodorodni saqlash uchun borofen
Bor asosidagi ikki oʻlchamli (2D) materiallar borning atom massasi pastligi va yuzaga joylashtirilgan ishqoriy metallarning barqarorligi tufayli H2 ni saqlash muhiti sifatida katta eʼtibor tortmoqda; bu xususiyatlar H2 bilan oʻzaro taʼsirlarni kuchaytiradi. Yuqorida taʼriflanganidek, suyuq fazadagi ultratovushli eksfoliatsiya yordamida oson sintez qilish mumkin boʻlgan ikki oʻlchamli borofen nanovaraqlari yuzaga joylashtiriladigan turli metall atomlariga yaxshi moyillik koʻrsatgan; bunda metall atomlarining klasterlanishi yuz berishi mumkin. Borofenning turli polimorflari yuzasiga Li, Na, Ca va Ti kabi turli metallarni joylashtirish orqali H2 ning 6–15 wt % oraligʻidagi taʼsirchan gravimetrik zichliklariga erishilgan; bu AQSh Energetika vazirligining (DOE) transport vositasi bortida saqlash uchun belgilagan 6,5wt% H2 talabidan yuqori. (qarang: Habibi et al., 2021)
Hielscher Ultrasonics yuqori unumdor ultratovushli gomogenizatorlarni laboratoriya oʻlchamidan sanoat oʻlchamigacha ishlab chiqaradi.