صفائح أكسيد الروثينيوم النانوية عن طريق التقشير بالموجات فوق الصوتية
يمكن إنتاج صفائح نانوية أحادية الطبقة من أكسيد الروثينيوم بكفاءة باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار. المزايا الرئيسية لتقشير الألواح النانوية بالموجات فوق الصوتية هي كفاءة العملية ، والعوائد العالية ، والعلاج القصير والسهل ، والتشغيل الآمن. نظرا لكفاءتها العالية وجودتها الفائقة للصفائح النانوية المنتجة ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية للإنتاج الصناعي للعديد من الصفائح النانوية بما في ذلك الجرافين والبوروفين.
تقشير بالموجات فوق الصوتية من نانو أكسيد الروثينيوم
توفر الألواح النانوية لأكسيد الروثينيوم (RuO2 ، المعروف أيضا باسم الروثينات) خصائص فريدة مثل الموصلية العالية والمقاومة المنخفضة والاستقرار العالي ووظيفة العمل العالية والقابلية الجيدة للحفر الجاف. هذا يجعل أكسيد الروثينيوم مادة جيدة للأقطاب الكهربائية في أجهزة الذاكرة والترانزستورات.
صور SEM للصفائح النانوية RuO2 المقشرة باستخدام أ) 1 دقيقة و ب) 7 دقائق من الموجات فوق الصوتية.
(دراسة وصور: ©كيم وآخرون ، 2021)
نظام الموجات فوق الصوتية للطاقة الصناعية للصفائح النانوية لأكسيد الروثينيوم الصناعي المضمن.
دراسة حالة: تقشير RuO2 عالي الكفاءة باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار
أظهر Kim et al. (2021) في دراستهم التحسن الكبير في تقشير الألواح النانوية أحادية الطبقة من أكسيد الروثينيوم. ابتكر الباحث غلات عالية من صفائح أكسيد المعادن RuO2 الرقيقة باستخدام الموجات فوق الصوتية. عملية الإقحام التقليدية من خلال تفاعلات التبادل الأيوني بطيئة وتنتج كميات محدودة فقط من الصفائح النانوية ثنائية الأبعاد (2D) بسبب حجم الجزيئات والطاقة الكيميائية اللازمة للتفاعل. من أجل جعل العملية أسرع وزيادة كمية صفائح أكسيد الروثينيوم النانوية المنتجة ، قاموا بتكثيف عملية التقشير عن طريق تطبيق طاقة الموجات فوق الصوتية على محلول أكسيد RuO2. وجدوا أنه بعد 15 دقيقة فقط من الموجات فوق الصوتية ، زادت كمية الأوراق بأكثر من 50 ٪ ، وفي وقت واحد انخفض الحجم الجانبي للأوراق. أظهرت حسابات النظرية الوظيفية للكثافة أن طاقة تنشيط التقشير تقل بشكل كبير عن طريق تقسيم طبقات RuO2 إلى حجم جانبي صغير. يحدث هذا التخفيض في الحجم لأن الصوتنة ساعدت على تفكيك طبقات أكسيد المعدن بسهولة أكبر. يؤكد هذا البحث أن استخدام الموجات فوق الصوتية هو وسيلة جيدة وسهلة لصنع صفائح نانوية أحادية الطبقة من أكسيد الروثينيوم. هذا يدل على أن عملية التبادل الأيوني المدعومة بالموجات فوق الصوتية توفر نهجا سهلا وفعالا لتصنيع صفائح نانوية أكسيد المعادن 2D. تشرح خصائص التقشير الهرموني سبب استخدام التقشير بالموجات فوق الصوتية والتفريغ على نطاق واسع كتقنية إنتاج للمواد النانوية 2D ، والمعروفة أيضا باسم xenes ، بما في ذلك الجرافين والبوروفين.
يعزز التقشير بالموجات فوق الصوتية الإنتاج عالي الكفاءة والسريع لأكسيد الروثينيوم 2D النانوي على نطاق واسع
(دراسة وصور: ©كيم وآخرون ، 2021).
يمكن إجراء التقشير بالموجات فوق الصوتية للصفائح النانوية RuO2 على نطاق المختبر أيضا. تظهر الصورة الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP400St أثناء تقشير الصفائح النانوية في دورق.
بروتوكول تقشير أكسيد الروثينيوم بمساعدة الموجات فوق الصوتية
البروتوكول التالي هو تعليمات خطوة بخطوة لتوليف صفائح RuO2 النانوية باستخدام عملية تفاعل التبادل الأيوني المدعومة بالموجات فوق الصوتية كما وصفها Kim et al. (2021).
- تحضير محلول RuO2 و intercalant عن طريق إذابتها في مذيب (2-بروبانول) مع التحريك لمدة تصل إلى 3 أيام.
- تطبيق طاقة الموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار (على سبيل المثال ، الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP1000hdT (1000W ، 20kHz) مع sonotrode BS4d22) إلى الحل لمدة 15 دقيقة من أجل زيادة إنتاجية صفائح RuO2 النانوية بأكثر من 50٪ وتقسيم طبقات RuO2 إلى حجم جانبي صغير بشكل موحد.
- استخدم حسابات نظرية الكثافة الوظيفية للتأكد من تقليل طاقة تنشيط التقشير بشكل كبير.
- اجمع صفائح RuO2 النانوية الناتجة ، والتي يمكن استخدامها في تطبيقات مختلفة.
تؤكد بساطة هذا البروتوكول للتقشير بالموجات فوق الصوتية للصفائح النانوية RuO2 على فوائد إنتاج الألواح النانوية بالموجات فوق الصوتية. Sonication هي تقنية عالية الكفاءة لإنتاج صفائح نانوية أحادية الطبقة RuO2 عالية الجودة بسمك حوالي 1 نانومتر. كما وجد أن البروتوكول قابل للتطوير والتكرار ، مما يجعله مناسبا للإنتاج على نطاق واسع للصفائح النانوية RuO2 لمختلف التطبيقات في الإلكترونيات والحفز وتخزين الطاقة.
تسلسل عالي السرعة (من a إلى f) من الإطارات يوضح التقشير الميكانيكي لرقائق الجرافيت في الماء باستخدام UP200S ، الموجات فوق الصوتية 200W مع سونوترودي 3 ملم. تظهر الأسهم مكان الانقسام (التقشير) مع فقاعات التجويف التي تخترق الانقسام.
(دراسة وصور: © Tyurnina et al. 2020
آلية التقشير بالموجات فوق الصوتية للصفائح النانوية 2D.
(دراسة ورسم: Tyurnina et al. ، 2020)
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتقشير RuO2
لإنتاج صفائح نانوية عالية الجودة من أكسيد الروثينيوم وغيرها من الزينات ، يلزم وجود معدات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء موثوقة. المعلمات الأساسية للسعة والضغط ودرجة الحرارة ، والتي تعتبر ضرورية للتكاثر والمنتج المتسق. Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية هي أنظمة قوية ويمكن التحكم فيها بدقة، والتي تسمح للإعداد الدقيق لمعلمات العملية وإخراج الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة المستمر. Hielscher الموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن أن تقدم السعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
عملائنا راضون عن المتانة والموثوقية المعلقة لأنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher. يضمن التركيب في مجالات التطبيق الشاق (على سبيل المثال ، معالجة المواد النانوية على نطاق واسع) والبيئات الصعبة والتشغيل 24/7 معالجة فعالة واقتصادية. تكثيف العملية بالموجات فوق الصوتية يقلل من وقت المعالجة ويحقق نتائج أفضل ، أي جودة أعلى ، غلة أعلى ، منتجات مبتكرة.
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة بأعلى معايير الجودة والتصميم. تسمح المتانة والتشغيل السهل بالتكامل السلس لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة من قبل الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher الفوق صوتيات هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، Hielscher الموجات فوق الصوتية هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات ماي، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 00.5 إلى 1.5mL | زمالة المدمنين المجهولين | VialTweeter | 1 إلى 500ML | 10 إلى 200ML / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | Uf200 ः ر، UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر/دقيقة | UIP6000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية لخلط التطبيقات، تشتت، استحلاب واستخراج على المختبر، والطيارية ومقياس الصناعية.
الأدب / المراجع
- Kim, Se Yun; Kim, Sang-il; Kim, Mun Kyoung; Kim, Jinhong; Mizusaki, Soichiro; Ko, Dong-Su; Jung, Changhoon; Yun, Dong-Jin; Roh, Jong Wook; Kim, Hyun-Sik; Sohn, Hiesang; Lim, Jong-Hyeong; Oh, Jong-Min; Jeong, Hyung Mo; Shin, Weon Ho, (2021): Ultrasonic Assisted Exfoliation for Efficient Production of RuO2 Monolayer Nanosheets. Inorganic Chemistry Frontiers 2021.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية من مختبر إلى حجم الصناعية.