Boron Nitride ống nano – Tẩy tế bào chết và phân tán bằng cách sử dụng Sonication
Ultrasonication được áp dụng thành công để xử lý và phân tán các ống nano boron nitride (BNNT). Sonication cường độ cao cung cấp sự tách rời và phân phối đồng nhất trong các giải pháp khác nhau và do đó là một kỹ thuật xử lý quan trọng để kết hợp BNNT vào các giải pháp và ma trận.
Xử lý siêu âm ống nano Boron Nitride
Để kết hợp các ống nano boron nitride (BNNT) hoặc cấu trúc nano boron nitride (BNN) như tấm nano và ruy băng nano vào dung dịch lỏng hoặc ma trận polymer, cần có kỹ thuật phân tán hiệu quả và đáng tin cậy. Phân tán siêu âm cung cấp năng lượng cần thiết để tẩy tế bào chết, gỡ rối, phân tán và chức năng hóa ống nano boron nitride và cấu trúc nano boron nitride với hiệu quả cao. Các thông số xử lý có thể kiểm soát chính xác của siêu âm cường độ cao (tức là năng lượng, biên độ, thời gian, nhiệt độ và áp suất) cho phép điều chỉnh riêng các điều kiện xử lý theo mục tiêu quy trình được nhắm mục tiêu. Điều này có nghĩa là cường độ siêu âm có thể được điều chỉnh liên quan đến công thức cụ thể (chất lượng của BNNT, dung môi, nồng độ rắn-lỏng, v.v.), do đó thu được kết quả tối ưu.
Con đường siêu âm để tổng hợp cốc nano boron nitride
(nghiên cứu và đồ họa: Yu et al. 2012)
Các ứng dụng của siêu âm BNNT và BNN xử lý bao gồm đầy đủ từ sự phân tán đồng nhất của cấu trúc nano boron nitride hai chiều (2D-BNNs), đến chức năng hóa và tẩy da chết hóa học của nitride boron lục giác một lớp. Dưới đây, chúng tôi trình bày chi tiết về phân tán siêu âm, tẩy da chết và chức năng hóa BNNT và BNN.
Lắp đặt bộ phân tán siêu âm (2x UIP1000hdt) để xử lý ống nano boron nitride ở quy mô công nghiệp
Siêu âm phân tán ống nano Boron Nitride
Khi các ống nano boron nitride (BNNT) được sử dụng để gia cố polyme hoặc để tổng hợp các vật liệu mới, cần có sự phân tán đồng đều và đáng tin cậy vào ma trận. Máy phân tán siêu âm được sử dụng rộng rãi để phân tán các vật liệu nano như CNT, hạt nano kim loại, hạt vỏ lõi và các loại hạt nano khác vào pha thứ hai.
Phân tán siêu âm đã được áp dụng thành công để gỡ rối và phân phối BNNT đồng đều trong các dung dịch nước và không chứa nước bao gồm ethanol, ethanol PVP, ethanol TX100 cũng như các polyme khác nhau (ví dụ polyurethane).
Một chất hoạt động bề mặt được sử dụng phổ biến để ổn định sự phân tán BNNT được chuẩn bị siêu âm là dung dịch natri dodecyl sulfate (SDS) 1% wt. Ví dụ, 5 mg BNNT được phân tán siêu âm trong lọ với 5 mL 1% trọng lượng. Giải pháp SDS sử dụng bộ phân tán kiểu đầu dò siêu âm như UP200St (26kHz, 200W).
Phân tán nước BNNT bằng siêu âm
Do tương tác van der Waals mạnh mẽ và bề mặt kỵ nước, ống nano boron nitride phân tán kém trong các dung dịch gốc nước. Để giải quyết những vấn đề này, Jeon et al. (2019) đã sử dụng Pluronic P85 và F127, có cả nhóm ưa nước và nhóm kỵ nước để chức năng hóa BNNT dưới sonication.
Hình ảnh SEM của BNNT ngắn sau nhiều thời gian sonication khác nhau. Như được hiển thị, độ dài của các BNNT này giảm khi tăng thời gian sonication tích lũy.
(nghiên cứu và hình ảnh: Lee et al. 2012)
Tẩy da chết không hoạt động bề mặt của Boron Nitride Nanosheets bằng cách sử dụng Sonication
Lin et al. (2011) trình bày một phương pháp tẩy da chết sạch và phân tán boron nitride lục giác (h-BN). Theo truyền thống, boron nitride lục giác được coi là không hòa tan trong nước. Tuy nhiên, họ đã có thể chứng minh rằng nước có hiệu quả để tẩy tế bào chết các cấu trúc h-BN phân lớp bằng cách sử dụng siêu âm, tạo thành sự phân tán nước "sạch" của các tấm nano h-BN mà không cần sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chức năng hữu cơ. Quá trình tẩy da chết siêu âm này tạo ra các tấm nano h-BN ít lớp cũng như các loại nanosheet và nanoribbon đơn lớp. Hầu hết các tấm nano có kích thước bên giảm, được cho là do việc cắt các tấm h-BN mẹ gây ra bởi quá trình thủy phân hỗ trợ sonication (được chứng thực bởi kết quả xét nghiệm amoniac và quang phổ). Quá trình thủy phân gây ra siêu âm cũng thúc đẩy quá trình tẩy da chết của các tấm nano h-BN để hỗ trợ hiệu ứng phân cực của dung môi. Các tấm nano h-BN trong các phân tán nước "sạch" này thể hiện khả năng xử lý tốt thông qua các phương pháp dung dịch giữ lại các đặc tính vật lý của chúng. Các tấm nano h-BN phân tán trong nước cũng thể hiện ái lực mạnh mẽ đối với các protein như ferritin, cho thấy rằng các bề mặt tấm nano có sẵn để liên hợp sinh học hơn nữa.
Giảm kích thước siêu âm và cắt ống nano boron nitride
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.
(c) Các mPEG- DSPE / BNNT phân tán tốt trong nước (sau 2 giờ sonication). (d) Sơ đồ đại diện của BNNT được chức năng bởi phân tử mPEG-DSPE
(nghiên cứu và hình ảnh: Lee et al. 2012)
siêu âm homogenizer UP400ST để phân tán ống nano boron nitride (BNNT)
Ultrasonicators hiệu suất cao để xử lý BNNT
Các tính năng thông minh của Hielscher ultrasonicators được thiết kế để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, kết quả tái tạo và thân thiện với người dùng. Cài đặt hoạt động có thể dễ dàng truy cập và quay số thông qua menu trực quan, có thể được truy cập thông qua màn hình cảm ứng màu kỹ thuật số và điều khiển từ xa của trình duyệt. Do đó, tất cả các điều kiện xử lý như năng lượng ròng, tổng năng lượng, biên độ, thời gian, áp suất và nhiệt độ được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép bạn sửa đổi và so sánh các lần chạy sonication trước đó và để tối ưu hóa quá trình tẩy da chết và phân tán của ống nano boron nitride và vật liệu nano để đạt hiệu quả cao nhất.
Hệ thống siêu âm Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới để sản xuất BNNT chất lượng cao. Ultrasonicators công nghiệp Hielscher có thể dễ dàng chạy biên độ cao trong hoạt động liên tục (24/7/365). Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng được tạo ra liên tục với sonotrodes tiêu chuẩn (đầu dò siêu âm / sừng). Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Do tính mạnh mẽ và bảo trì thấp, hệ thống tẩy da chết và phân tán siêu âm của chúng tôi thường được lắp đặt cho các ứng dụng nặng và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Hielscher Siêu âm’ Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn.
Bộ vi xử lý siêu âm Hielscher cho sự phân tán và tẩy da chết của ống nano boron nitride cũng như CNT và graphene đã được cài đặt trên toàn thế giới trên quy mô thương mại. Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để thảo luận về quy trình sản xuất BNNT của bạn! Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ vui mừng chia sẻ thêm thông tin về quá trình tẩy da chết, hệ thống siêu âm và giá cả!
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương hóa và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
Sự thật đáng biết
Boron Nitride ống nano và vật liệu nano
Các ống nano boron nitride cung cấp một cấu trúc nguyên tử độc đáo được lắp ráp từ các nguyên tử boron và nitơ được sắp xếp trong một mạng lục giác. Cấu trúc này mang lại cho BNNT nhiều đặc tính nội tại tuyệt vời như độ bền cơ học vượt trội, độ dẫn nhiệt cao, hành vi cách điện, tính chất áp điện, khả năng che chắn neutron và khả năng chống oxy hóa. Khoảng cách băng tần 5 eV cũng có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng điện trường ngang, điều này làm cho BNNT trở nên thú vị đối với các thiết bị điện tử. Ngoài ra, BNNT có khả năng chống oxy hóa cao lên đến 800 ° C, cho thấy áp điện tuyệt vời và có thể là vật liệu lưu trữ hydro ở nhiệt độ phòng tốt.
BNNTs vs Graphene: BNNT là cấu trúc tương tự của graphene. Sự khác biệt chính giữa vật liệu nano dựa trên boron nitride và các đối tác dựa trên carbon của chúng là bản chất của liên kết giữa các nguyên tử. Liên kết C-C trong vật liệu nano carbon có đặc tính cộng hóa trị tinh khiết, trong khi liên kết B-N thể hiện đặc tính ion một phần do các cặp e trong B-N lai sp2. (xem Emanet và cộng sự 2019)
BNNT so với ống nano carbon: Ống nano boron nitride (BNNT) thể hiện cấu trúc nano hình ống tương tự như ống nano carbon (CNT) trong đó các nguyên tử boron và nitơ được sắp xếp trong một mạng lục giác.
Xenes: Xenes là vật liệu nano đơn nguyên tố 2D. Các ví dụ nổi bật là borophene, gallenene, silicene, germanene, stanene, phosphorene, arsenene, antimonene, bismuthene, tellurene và selenene. Xenes có tính chất vật liệu phi thường, do đó có khả năng phá vỡ những hạn chế liên quan đến các ứng dụng thực tế của các vật liệu 2D khác. Tìm hiểu thêm về tẩy da chết siêu âm của xenes!
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.