Ksenlarning ultratovushli eksfoliatsiyasi

Ksenlar - bu juda yuqori sirt maydoni, anizotrop fizik/kimyoviy xususiyatlar, shu jumladan yuqori elektr o'tkazuvchanligi yoki valentlik kuchi kabi ajoyib xususiyatlarga ega bo'lgan 2D monoelemental nanomateriallar. Ultrasonik eksfoliatsiya yoki delaminatsiya qatlamli prekursorli materiallardan bir qatlamli 2D nanoshetlarni ishlab chiqarishning samarali va ishonchli usuli hisoblanadi. Ultratovushli eksfoliatsiya sanoat miqyosida yuqori sifatli ksenli nano varaqlarni ishlab chiqarish uchun allaqachon yaratilgan.

Ksenlar – Bir qatlamli nanostrukturalar

Ksenlar bir qatlamli (2D), monoelementli nanomateriallar bo'lib, ular grafenga o'xshash tuzilishga, qatlam ichidagi kovalent bog'lanishga va qatlamlar orasidagi zaif van der Vaals kuchlariga ega. Ksenlar sinfiga kiruvchi materiallarga misollar: borofen, silis, germanen, stanen, fosfor (qora fosfor), arsen, vismuten, telluren va antimonen. Bir qatlamli 2D tuzilishi tufayli ksen nanomateriallari juda katta sirt, shuningdek yaxshilangan kimyoviy va fizik reaktivlik bilan ajralib turadi. Ushbu strukturaviy xususiyatlar ksen nanomateriallariga ta'sirchan fotonik, katalitik, magnit va elektron xususiyatlarni beradi va bu nanostrukturalarni ko'plab sanoat ilovalari uchun juda qiziqarli qiladi. Chapdagi rasmda ultratovushli eksfoliatsiyalangan borofenning SEM tasvirlari ko'rsatilgan.

Ksenlar (masalan, borofen, silitsen, germanen, stanen, fosforen (qora fosfor), arsenen, vismuten, telluren va antimonen) kabi 2D nano varaqlarni sanoat eksfoliatsiyasi uchun ultratovushli reaktor.

Reaktor bilan 2000 vatt ultrasonikator UIP2000hdT xenes nanosheetsning keng ko'lamli eksfoliatsiyasi uchun.

Ultrasonik delaminatsiya yordamida ksenlar nanomateriallarini ishlab chiqarish

Qatlamli nanomateriallarning suyuq eksfoliatsiyasi: Bir qatlamli 2D nanosharlar qatlamli tuzilmalarga (masalan, grafit) ega noorganik materiallardan ishlab chiqariladi, ular bo'shashgan qatlamlardan iborat bo'lib, ular qatlamdan qatlamga galereya kengayishini yoki ma'lum ionlar va/yoki erituvchilarning interkalatsiyasida shishishni ko'rsatadi. Qatlamli faza nanoshoplarga bo'linadigan eksfoliatsiya, odatda, alohida 2D qatlamlari yoki qatlamlarining kolloid dispersiyasini keltirib chiqaradigan qatlamlar orasidagi tez zaiflashgan elektrostatik tortishish tufayli shishish bilan birga keladi. (Qarang. Geng va boshq, 2013) Umuman olganda, shishish ultratovush orqali eksfoliatsiyani osonlashtirishi va salbiy zaryadlangan nanosheetlarga olib kelishi ma'lum. Kimyoviy dastlabki ishlov berish, shuningdek, erituvchilarda sonikatsiya yordamida eksfoliatsiyani osonlashtiradi. Misol uchun, funksionalizatsiya spirtli ichimliklardagi qatlamli qo'sh gidroksidlarni (LDH) eksfoliatsiyasiga imkon beradi. (Qarang: Nicolosi va boshqalar, 2013)
Ultrasonik eksfoliatsiya / delaminatsiya uchun qatlamli material erituvchida kuchli ultratovush to'lqinlariga ta'sir qiladi. Energiya zich ultratovush to'lqinlari suyuqlik yoki atala ichiga birlashganda, akustik aka ultratovushli kavitatsiya paydo bo'ladi. Ultrasonik kavitatsiya vakuum pufakchalarining qulashi bilan tavsiflanadi. Ultratovush to'lqinlari suyuqlik bo'ylab harakatlanadi va o'zgaruvchan past bosim / yuqori bosim davrlarini hosil qiladi. Daqiqali vakuum pufakchalari past bosim (kamdan-kam uchraydigan) tsikli davomida paydo bo'ladi va turli past bosim / yuqori bosim davrlarida o'sadi. Kavitatsiya pufakchasi boshqa energiyani o'zlashtira olmaydigan darajaga yetganda, qabariq shiddat bilan yorilib, mahalliy darajada energiya talab qiladigan sharoitlarni yaratadi. Kavitatsion issiq nuqta juda yuqori bosim va harorat, tegishli bosim va harorat farqlari, yuqori tezlikdagi suyuqlik oqimlari va kesish kuchlari bilan belgilanadi. Ushbu sonomexanik va sonokimyoviy kuchlar erituvchini qatlamli qatlamlar va parchalanadigan qatlamli zarrachalar va kristalli tuzilmalar orasiga suradi va shu bilan eksfoliatsiyalangan nano-varaqlarni hosil qiladi. Quyidagi rasm ketma-ketligi ultratovushli kavitatsiya orqali eksfoliatsiya jarayonini ko'rsatadi.

Suvda ultratovushli grafen eksfoliatsiyasi

Yuqori tezlikdagi ketma-ketlik (a dan f gacha) grafit parchasining suvda sono-mexanik eksfoliatsiyasini tasvirlaydigan ramkalar yordamida UP200S, 200 Vt ultratovush qurilmasi 3 mm sonotrod bilan. O'qlar bo'linish joyini (eksfoliatsiyani) ko'rsatadi, ular bo'linishga kirib boradigan kavitatsiya pufakchalari.
© Tyurnina va boshqalar. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Modellashtirish shuni ko'rsatdiki, agar erituvchining sirt energiyasi qatlamli materialga o'xshash bo'lsa, eksfoliatsiyalangan va reagregatsiyalangan holatlar o'rtasidagi energiya farqi juda kichik bo'lib, qayta yig'ilish uchun harakatlantiruvchi kuchni yo'qotadi. Muqobil aralashtirish va kesish usullari bilan solishtirganda, ultratovushli qo'zg'atuvchilar eksfoliatsiya uchun yanada samarali energiya manbai bo'lib, TaS ning ion interkalatsiyasi yordamida eksfoliatsiyasini namoyish etishga olib keldi.₂, NbS₂, va MoS₂, shuningdek qatlamli oksidlar. (Qarang: Nicolosi va boshqalar, 2013)

Ultrasonication - bu grafen va ksenlar kabi nano varaqlarni suyuqlik bilan tozalash uchun yuqori samarali va ishonchli vosita.

Ultrasonik suyuqlik bilan eksfoliatsiyalangan nanoshoplarning TEM tasvirlari: (A) N-metil-pirolidon erituvchisida sonikatsiya yordamida eksfoliatsiya qilingan grafen nanoshoki. (B) hal qiluvchi izopropanolda sonikatsiya yordamida eksfoliatsiya qilingan h-BN nanoshet. (C) Suvli sirt faol moddasi eritmasida sonikatsiya yordamida eksfoliatsiya qilingan MoS2 nanoshet.
(Tadqiqot va rasmlar: © Nicolosi va boshqalar, 2013)

Ultrasonik suyuqlik-eksfoliatsiya protokollari

Ksenlar va boshqa monolayer nanomateriallarning ultratovushli eksfoliatsiyasi va delaminatsiyasi tadqiqotda keng o'rganildi va sanoat ishlab chiqarish bosqichiga muvaffaqiyatli o'tkazildi. Quyida biz sizga sonikatsiya yordamida tanlangan eksfoliatsiya protokollarini taqdim etamiz.

Fosforli nanoflakkalarning ultratovushli eksfoliatsiyasi

Fosfor (qora fosfor, BP deb ham ataladi) fosfor atomlaridan hosil bo'lgan 2D qatlamli, monoelementli materialdir.
Passaglia va boshqalarning tadqiqotlarida. (2018), MMA ishtirokida bP ning sonikatsiya yordamida suyuq fazali eksfoliatsiyasi (LPE) yo'li bilan fosforen - metil metakrilatning barqaror suspenziyalarini tayyorlash, so'ngra radikal polimerizatsiya ko'rsatilgan. Metil metakrilat (MMA) suyuq monomerdir.

Fosforning ultratovushli suyuqlik bilan eksfoliatsiyasi uchun protokol

MMA_bPn, NVP_bPn va Sty_bPn suspenziyalari LPE tomonidan yagona monomer ishtirokida olingan. Odatdagi protsedurada ohakda ehtiyotkorlik bilan ezilgan ~5 mg bP probirkaga solingan va keyin MMA, Sty yoki NVP qo'shilgan. Monomer bP suspenziyasi sonotrode S26d2 (uchi diametri: 2 mm) bilan jihozlangan Hielscher Ultrasonics gomogenizatori UP200St (200W, 26kHz) yordamida 90 daqiqa davomida sonikatsiya qilindi. Ultrasonik amplituda P = 7 Vt bilan 50% doimiy ravishda saqlanib qoldi. Barcha holatlarda issiqlik tarqalishini yaxshilash uchun muzli hammom ishlatilgan. Oxirgi MMA_bPn, NVP_bPn va Sty_bPn suspenziyalari N2 bilan 15 daqiqa davomida insuflatsiya qilindi. Barcha suspenziyalar DLS tomonidan tahlil qilindi va DMSO_bPn ga yaqin rH qiymatlarini ko'rsatdi. Misol uchun, MMA_bPn suspenziyasi (bP tarkibining taxminan 1% ga ega) rH = 512 ± 58 nm bilan tavsiflangan.
Fosfor bo'yicha boshqa ilmiy tadqiqotlar ultratovushli tozalagich, yuqori qaynash nuqtasi erituvchilar va past samaradorlikdan foydalangan holda bir necha soatlik sonikatsiya vaqti haqida hisobot bergan bo'lsa-da, Passaglia tadqiqot guruhi zond tipidagi ultratovushli qurilma (ya'ni Hielscher ultrasonicator modeli UP200St).

Bir qatlamli nano varaqlarning ultratovushli eksfoliatsiyasi

Borofen va ruteniy oksidi nanoshoplari uchun aniqroq ma'lumotlarni va eksfoliatsiya protokollarini o'qish uchun quyidagi havolalarga o'ting:
Borofen: Sonikatsiya protokollari va ultratovushli borofen eksfoliatsiyasi natijalari uchun bu yerni bosing!
RuO2: Sonikatsiya protokollari va ultratovushli ruteniy oksidi nanosheetni eksfoliatsiya qilish natijalari uchun bu yerni bosing!

Bir necha qatlamli kremniy nanoshiqlarining ultratovushli eksfoliatsiyasi

Ultrasonik eksfoliatsiya orqali tabiiy vermikulitdan (Verm) bir necha qatlamli eksfoliatsiyalangan silika nanoshiqlari tayyorlangan. Eksfoliatsiyalangan kremniy nanoparchalarini sintez qilish uchun quyidagi suyuqlik-fazali eksfoliatsiya usuli qo'llanildi: 40 mg kremniy nanoshoklari 40 ml mutlaq etanolda tarqatildi. Keyinchalik, aralash 7 mm sonotrode bilan jihozlangan Hielscher ultratovushli protsessor UP200St yordamida 2 soat davomida ultratovushlangan. Ultratovush to'lqinining amplitudasi doimiy ravishda 70% ni tashkil etdi. Haddan tashqari qizib ketmaslik uchun muzli hammom qo'llanildi. Eksfoliatsiyalanmagan SN 10 minut davomida 1000 rpm tezlikda santrifüjlash orqali olib tashlandi. Nihoyat, mahsulot suziladi va xona haroratida vakuum ostida bir kechada quritiladi. (qarang. Guo va boshqalar, 2022)

Ksenlar (masalan, fosforen, borofen va boshqalar) kabi 2D monolayer nanoshetlarning ultratovushli eksfoliatsiyasi zond tipidagi sonikatsiya yordamida samarali tarzda amalga oshiriladi.

Bir qatlamli nano varaqlarning ultratovushli eksfoliatsiyasi Ultrasonicator UP400St.

Bir qatlamli nanoshetlarning ultratovushli suyuqlik eksfoliatsiyasi.

Ultrasonik suyuqlik eksfoliatsiyasi xenes nanosheets ishlab chiqarish uchun juda samarali. Rasmda 1000 vatt quvvat ko'rsatilgan UIP1000hdT.

Yuqori quvvatli ultratovush zondlari va ksenlar nanosheetlarini eksfoliatsiya qilish uchun reaktorlar

Hielscher Ultrasonics har qanday hajmdagi mustahkam va ishonchli ultrasonikatorlarni ishlab chiqadi, ishlab chiqaradi va tarqatadi. Yilni laboratoriya ultratovush qurilmalaridan sanoat ultratovushli zondlar va reaktorlargacha, Hielscher sizning jarayoningiz uchun ideal ultratovush tizimiga ega. Nanomateryal sintezi va dispersiyasi kabi ilovalarda ko'p yillik tajribaga ega bo'lgan bizning yaxshi o'qitilgan xodimlarimiz sizning talablaringiz uchun eng mos sozlashni tavsiya qiladi. Hielscher sanoat ultratovushli protsessorlari sanoat ob'ektlarida ishonchli ish otlari sifatida tanilgan. Juda yuqori amplitudalarni etkazib berishga qodir, Hielscher ultratovush apparatlari ksenlar va borofen, fosforen yoki grafen kabi boshqa 2D monolayer nanomateriallarni sintez qilish, shuningdek, ushbu nanostrukturalarning ishonchli dispersiyasi kabi yuqori samarali ilovalar uchun idealdir.
Favqulodda kuchli ultratovush: Hielscher Ultrasonics’ sanoat ultratovushli protsessorlar juda yuqori amplitudalarni etkazib berishi mumkin. 200 µm gacha bo'lgan amplitudalar 24/7 ishda osongina uzluksiz ishlashi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud.
Eng yuqori sifat – Germaniyada ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan: Barcha jihozlar Germaniyadagi bosh ofisimizda ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan. Xaridorga etkazib berishdan oldin har bir ultratovush qurilmasi to'liq yuk ostida sinchkovlik bilan sinovdan o'tkaziladi. Biz mijozlar ehtiyojini qondirishga intilamiz va ishlab chiqarishimiz eng yuqori sifat kafolatini (masalan, ISO sertifikati) bajarish uchun tuzilgan.

Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:

To'plam hajmi	Oqim darajasi	Tavsiya etilgan qurilmalar
1 dan 500 ml gacha	10 dan 200 ml / min	UP100H
10 dan 2000 ml gacha	20 dan 400 ml / min	UP200Ht, UP400St
0.1 dan 20 L gacha	0.2 dan 4L/min gacha	UIP2000hdT
10 dan 100 l gacha	2 dan 10 l / min	UIP4000hdT
na	10 dan 100 l / min	UIP16000
na	kattaroq	ning klasteri UIP16000

Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!

Ultrasonik yuqori kesish gomogenizatorlari laboratoriya, dastgoh, uchuvchi va sanoat ishlov berishda qo'llaniladi.

Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida ilovalar, dispersiya, emulsifikatsiya va ekstraktsiyani aralashtirish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.

Aloqador mavzular

Adabiyot / Adabiyotlar

FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
Passaglia, Elisa; Cicogna, Francesca; Costantino, Federica; Coiai, Serena; Legnaioli, Stefano; Lorenzetti, G.; Borsacchi, Silvia; Geppi, Marco; Telesio, Francesca; Heun, Stefan; Ienco, Andrea; Serrano-Ruiz, Manuel; Peruzzini, Maurizio (2018): Polymer-Based Black Phosphorus (bP) Hybrid Materials by in Situ Radical Polymerization: An Effective Tool To Exfoliate bP and Stabilize bP Nanoflakes. Chemistry of Materials 2018.
Zunmin Guo, Jianuo Chen, Jae Jong Byun, Rongsheng Cai, Maria Perez-Page, Madhumita Sahoo, Zhaoqi Ji, Sarah J. Haigh, Stuart M. Holmes (2022): High-performance polymer electrolyte membranes incorporated with 2D silica nanosheets in high-temperature proton exchange membrane fuel cells. Journal of Energy Chemistry, Volume 64, 2022. 323-334.
Sukpirom, Nipaka; Lerner, Michael (2002): Rapid exfoliation of a layered titanate by ultrasonic processing. Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing 333, 2002. 218-222.
Nicolosi, Valeria; Chhowalla, Manish; Kanatzidis, Mercouri; Strano, Michael; Coleman, Jonathan (2013): Liquid Exfoliation of Layered Materials. Science 340, 2013.

Bilishga arziydigan faktlar

fosforen

Fosfor (shuningdek, qora fosforli nano qatlamlar / nanoflaklar) 5 nm qalinlikdagi namuna uchun 1000 sm2 V–1 s–1 yuqori harakatchanlikni namoyish etadi, yuqori oqim ON/OFF nisbati 105. p-tipli yarimo'tkazgich sifatida fosfor o'ziga xos xususiyatlarga ega. 0,3 eV to'g'ridan-to'g'ri tarmoqli bo'shlig'i. Bundan tashqari, fosforning to'g'ridan-to'g'ri tarmoqli bo'shlig'i mavjud bo'lib, u bir qatlam uchun taxminan 2 eV gacha ko'tariladi. Ushbu moddiy xarakteristikalar qora fosforli nano varaqlarni ko'rinadigan spektrning butun diapazonini qamrab oluvchi nanoelektronik va nanofotonik qurilmalarda sanoat ilovalari uchun istiqbolli materialga aylantiradi. (Qarang. Passaglia va boshq., 2018) Yana bir potentsial dastur biomeditsina ilovalarida yotadi, chunki nisbatan past toksiklik qora fosfordan foydalanishni juda jozibador qiladi.
Ikki o'lchovli materiallar sinfida fosfor ko'pincha grafen yonida joylashgan, chunki grafendan farqli o'laroq, fosforen nolga teng bo'lmagan asosiy tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lib, uni qo'shimcha ravishda kuchlanish va stekdagi qatlamlar soni bilan modulyatsiya qilish mumkin.

borofen

Borofen - borning kristalli atom monoqatlami, ya'ni u borning ikki o'lchovli allotropi (shuningdek, bor nano varaqlari deb ataladi). Uning noyob fizik va kimyoviy xususiyatlari borofenni ko'plab sanoat ilovalari uchun qimmatbaho materialga aylantiradi.
Borofenning ajoyib fizik va kimyoviy xossalariga noyob mexanik, termal, elektron, optik va oʻta oʻtkazuvchan tomonlar kiradi.
Bu borofenni gidroksidi metall ionli batareyalar, Li-S batareyalari, vodorodni saqlash, superkondensator, kislorodni kamaytirish va evolyutsiya, shuningdek, CO2 elektroreduksiya reaktsiyalarida qo'llash uchun foydalanish imkoniyatlarini ochadi. Ayniqsa, yuqori qiziqish borofenga akkumulyatorlar uchun anod materiali va vodorod saqlash materiali sifatida kiradi. Yuqori nazariy o'ziga xos imkoniyatlar, elektron o'tkazuvchanlik va ionlarni tashish xususiyatlari tufayli borofen akkumulyatorlar uchun ajoyib anod materiali hisoblanadi. Vodorodning borofenga yuqori adsorbsion qobiliyati tufayli u vodorodni saqlash uchun katta imkoniyatlarni taqdim etadi - uning og'irligining 15% dan ortig'ini stroj qilish qobiliyati.
Borofenning ultratovush sintezi va tarqalishi haqida ko'proq o'qing!

Yuqori samarali ultratovush! Hielscherning mahsulot assortimenti ixcham laboratoriya ultratovush qurilmasidan to'liq sanoat ultratovush tizimlarigacha bo'lgan to'liq spektrni o'z ichiga oladi.

Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.