Siêu âm Borophene tổng hợp trên quy mô công nghiệp

Borophene, một dẫn xuất cấu trúc nano hai chiều của boron, có thể được tổng hợp hiệu quả thông qua tẩy da chết siêu âm dễ dàng và chi phí thấp. Siêu âm tẩy da chết pha lỏng có thể được sử dụng để sản xuất số lượng lớn các tấm nano borophene chất lượng cao. Kỹ thuật tẩy da chết siêu âm được sử dụng rộng rãi để sản xuất vật liệu nano 2D (ví dụ, graphene) và nổi tiếng với lợi thế của tấm nano chất lượng cao, năng suất cao, hoạt động nhanh chóng và dễ dàng, cũng như hiệu quả tổng thể.

Phương pháp tẩy da chết siêu âm để chuẩn bị Borophene

Ultrasonically điều khiển tẩy da chết pha lỏng được sử dụng rộng rãi để chuẩn bị tấm nano 2D từ các tiền chất số lượng lớn khác nhau bao gồm than chì (graphene), boron (borophene) trong số những người khác. So với kỹ thuật tẩy da chết hóa học, tẩy da chết pha lỏng hỗ trợ siêu âm được coi là chiến lược hứa hẹn hơn để chuẩn bị các cấu trúc nano 0D và 2D như chấm lượng tử boron (BQD) và borophene. (xem Wang và cộng sự, 2021)
Sơ đồ bên trái cho thấy quá trình tẩy da chết lỏng nhiệt độ thấp siêu âm của tấm borophene ít lớp 2D. (Nghiên cứu và hình ảnh: ©Lin et al., 2021.)

Nghiên cứu điển hình về tẩy da chết Borophene siêu âm

Việc tẩy da chết và phân tách bằng siêu âm điện trong quy trình pha lỏng đã được nghiên cứu rộng rãi và áp dụng thành công cho borophene và các dẫn xuất boron khác như chấm lượng tử boron, boron nitride hoặc magiê diboride.

α-Borophene

Trong nghiên cứu được thực hiện bởi Göktuna và Taşaltın (2021), borophene α được điều chế thông qua tẩy da chết siêu âm dễ dàng và chi phí thấp. Các tấm nano borophene tổng hợp siêu âm thể hiện cấu trúc tinh thể borophene α.
Giao thức: 100 mg vi hạt boron được sonicated trong 100 ml DMF ở 200 W (ví dụ, sử dụng UP200St với S26d14) trong 4 giờ trong nitơ (N₂) cabin kiểm soát dòng chảy để ngăn chặn quá trình oxy hóa trong quá trình tẩy da chết pha lỏng siêu âm. Dung dịch các hạt boron tẩy tế bào chết được ly tâm với 5000 vòng / phút và 12.000 vòng / phút trong 15 phút, sau đó borophene được thu thập cẩn thận và sấy khô trong môi trường chân không trong 4 giờ ở 50ºC. (xem Göktuna và Taşaltın, 2021)

Sơ đồ minh họa borophene với vài lớp tẩy tế bào chết bằng quá trình xử lý nhiệt hỗ trợ siêu âm đầu dò.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Zhang et al., 2020

Borophene ít lớp

Zhang et al. (2020) báo cáo kỹ thuật tẩy da chết pha lỏng dung môi acetone, cho phép sản xuất borophene chất lượng cao với kích thước ngang lớn. Sử dụng tác dụng sưng của acetone, tiền chất bột boron lần đầu tiên được làm ướt trong acetone. Sau đó, tiền chất boron ướt được xử lý thêm bằng nhiệt trong acetone ở 200ºC, tiếp theo là sonication với sonicator loại đầu dò ở 225 W trong 4h. Borophene với một vài lớp boron và kích thước ngang lên tới 5, 05 mm cuối cùng đã thu được. Kỹ thuật tẩy da chết pha lỏng hỗ trợ acetone solvothermal có thể được sử dụng để điều chế các tấm nano boron với kích thước ngang lớn và chất lượng cao. (xem Zhang và cộng sự, 2020)
Khi mô hình XRD của borophene tẩy tế bào chết siêu âm được so sánh với tiền chất boron số lượng lớn, một mẫu XRD tương tự có thể được quan sát. Hầu hết các đỉnh nhiễu xạ chính có thể được lập chỉ mục thành boron b-rhombohedral, cho thấy cấu trúc tinh thể gần như được bảo tồn trước và sau khi điều trị tẩy da chết.

Hình ảnh SEM với độ phân giải thấp (a) và độ phân giải cao (b) của borophene với một vài lớp thu được bằng cách tẩy da chết dung môi hỗ trợ siêu âm trong acetone
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Zhang et al., 2020

Các mẫu XRD (a) và phổ Raman (b) của boron và borophene số lượng lớn chưa được xử lý với vài lớp thu được bằng cách siêu âm đầu dò hỗ trợ tẩy da chết dung môi.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Zhang et al., 2020

Tổng hợp Sonochemical của Boron Quantum Dots

Hao et al. (2020) đã điều chế thành công các chấm lượng tử boron bán dẫn tinh thể quy mô lớn và đồng nhất (BQD) từ bột boron mở rộng trong acetonitrile, một dung môi hữu cơ phân cực cao, sử dụng máy siêu âm loại đầu dò mạnh mẽ (ví dụ: UP400ST, UIP500hdt or UIP1000hdt). Các chấm lượng tử boron tổng hợp với kích thước bên 2,46 ±0,4 nm và độ dày 2,81 ±0,5 nm.
Giao thức: Trong một sự chuẩn bị điển hình của các chấm lượng tử boron, 30 mg bột boron đầu tiên được thêm vào một bình ba cổ và sau đó 15 ml acetonitril đã được thêm vào chai trước khi quá trình siêu âm. Việc tẩy da chết được thực hiện ở công suất đầu ra 400 W (ví dụ: sử dụng UIP500hdt), tần số 20kHz và thời gian siêu âm 60 phút. Để tránh quá nóng của giải pháp trong quá trình siêu âm, làm mát bằng cách sử dụng bồn tắm nước đá hoặc máy làm lạnh phòng thí nghiệm đã được áp dụng cho nhiệt độ không đổi. Dung dịch thu được được ly tâm ở 1500 vòng / phút trong 60 phút. Chất siêu nhiên chứa các chấm lượng tử boron được chiết xuất nhẹ nhàng. Tất cả các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng. (xem Hảo và cộng sự, 2020)
Trong nghiên cứu của Wang et al. (2021), nhà nghiên cứu cũng chuẩn bị các chấm lượng tử boron bằng kỹ thuật tẩy da chết pha lỏng siêu âm. Họ thu được chấm lượng tử boron đơn phân tán với sự phân bố kích thước hẹp, khả năng phân tán tuyệt vời, độ ổn định cao trong dung dịch IPA và huỳnh quang hai ảnh.

Hình ảnh TEM và sự phân bố đường kính tương ứng của BQD được chuẩn bị trong các điều kiện siêu âm khác nhau. (a) Hình ảnh TEM của BQD-2 được tổng hợp ở 400 W trong 2 giờ. (b) Hình ảnh TEM của BQD-3 được tổng hợp ở 550 W trong 1 giờ. (c) Hình ảnh TEM của BQD-3 được tổng hợp ở 400 W trong 4 giờ. (d) Phân bố đường kính của các chấm lượng tử thu được từ (a). (e) Phân bố đường kính của các chấm lượng tử thu được từ (b). (f) Phân bố đường kính của các chấm lượng tử thu được từ (c).
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Hảo và cộng sự, 2020

Siêu âm tẩy da chết của Magnesium Diboride Nanosheets

Quá trình tẩy da chết được thực hiện bằng cách đình chỉ 450mg magiê diboride
(MgB₂) bột (khoảng 100 kích thước mắt lưới / 149 micron) trong 150 ml nước và phơi bày nó để siêu âm trong 30 phút. Việc tẩy da chết siêu âm có thể được thực hiện với một ultrasonicator loại thăm dò như UP200Ht or UP400ST với biên độ 30% và chế độ chu kỳ 10 giây xung bật/tắt. Việc tẩy da chết siêu âm dẫn đến đình chỉ màu đen sẫm. Màu đen có thể được quy cho màu của bột MgB2 nguyên sơ.

Một chuỗi tốc độ cao (từ a đến f) của các khung hình minh họa sự tẩy da chết cơ học sono của một mảnh than chì trong nước bằng cách sử dụng UP200S, một ultrasonicator 200W với sonotrode 3mm. Mũi tên cho thấy nơi tách (tẩy da chết) với bong bóng xâm thực xuyên qua phần tách.
© Tyurnina et al. 2020

Ultrasonicators mạnh mẽ cho tẩy da chết Borophene ở mọi quy mô

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất, và phân phối ultrasonicators mạnh mẽ và đáng tin cậy ở bất kỳ kích thước. Từ các thiết bị siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến đầu dò siêu âm công nghiệp và lò phản ứng, Hielscher có hệ thống siêu âm lý tưởng cho quá trình của bạn. Với kinh nghiệm lâu năm trong các ứng dụng như tổng hợp và phân tán vật liệu nano, đội ngũ nhân viên được đào tạo tốt của chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn thiết lập phù hợp nhất cho các yêu cầu ypour. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp Hielscher được biết đến như là ngựa làm việc đáng tin cậy trong các cơ sở công nghiệp. Có khả năng cung cấp biên độ rất cao, Hielscher ultrasonicators là lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao như tẩy da chết borophene hoặc graphene cũng như phân tán vật liệu nano. 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.
Tất cả các thiết bị được thiết kế và sản xuất tại trụ sở chính của chúng tôi ở Đức. Trước khi giao hàng cho khách hàng, mọi thiết bị siêu âm đều được kiểm tra cẩn thận dưới tải đầy đủ. Chúng tôi phấn đấu cho sự hài lòng của khách hàng và sản xuất của chúng tôi được cấu trúc để đáp ứng đảm bảo chất lượng cao nhất (ví dụ: chứng nhận ISO).

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: