Ultrasəs eksfoliasiyası ilə rutenium oksid nanotəbəqələrinin alınması

Zond tipli ultrasəs emalı ilə birqatlı rutenium oksid nanotəbəqələri səmərəli şəkildə istehsal edilə bilər. Nanotəbəqələrin ultrasəs eksfoliasiyasının əsas üstünlükləri prosesin səmərəliliyi, yüksək çıxım, qısa emal müddəti və asan, təhlükəsiz istismardır. Yüksək səmərəliliyi və istehsal olunan nanotəbəqələrin üstün keyfiyyəti sayəsində ultrasəs emalı qrafen və borofen də daxil olmaqla çoxsaylı nanotəbəqələrin sənaye istehsalında istifadə olunur.

Rutenium oksid nanotəbəqələrinin ultrasəs eksfoliasiyası

Rutenium oksid (RuO2, rutenat kimi də tanınır) nanotəbəqələri yüksək elektrik keçiriciliyi, aşağı xüsusi elektrik müqaviməti, yüksək sabitlik, yüksək çıxış işi və quru aşındırmaya yaxşı həssaslıq kimi unikal xüsusiyyətlərə malikdir. Bu xüsusiyyətlər rutenium oksidi yaddaş qurğularında və tranzistorlarda elektrodlar üçün yaxşı material edir.

a) 1 dəqiqə və b) 7 dəqiqə ultrasəs emalı ilə eksfoliasiya olunmuş RuO2 nanotəbəqələrinin SEM təsvirləri.
(tədqiqat və şəkillər: ©Kim və b., 2021)

Praktik tədqiqat: zond tipli ultrasəs cihazı ilə RuO2-nin yüksək səmərəli eksfoliasiyası

Kim və b. (2021) öz tədqiqatlarında birqatlı rutenium oksid nanotəbəqələrinin eksfoliasiyasının əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdığını göstərmişlər. Tədqiqatçı ultrasəs emalı ilə nazik RuO2 metal oksid təbəqələrini yüksək çıxımla əldə etmişdir. İon mübadiləsi reaksiyaları vasitəsilə aparılan ənənəvi interkalasiya prosesi ləngdir və molekulların ölçüsü və reaksiya üçün tələb olunan kimyəvi enerji səbəbindən yalnız məhdud miqdarda ikiölçülü (2D) nanotəbəqə hasil edir. Prosesi sürətləndirmək və istehsal olunan rutenium oksid nanotəbəqələrinin miqdarını artırmaq üçün onlar RuO2 oksid məhluluna ultrasəs enerjisi tətbiq etməklə eksfoliasiya prosesini intensivləşdirmişlər. Onlar müəyyən etmişlər ki, cəmi 15 dəqiqə ultrasəs emalından sonra təbəqələrin miqdarı 50%-dən çox artmış, eyni zamanda təbəqələrin lateral ölçüsü azalmışdır. Sıxlıq funksionalı nəzəriyyəsinə əsaslanan hesablamalar göstərmişdir ki, RuO2 qatlarının kiçik lateral ölçülü hissələrə parçalanması eksfoliasiyanın aktivləşmə enerjisini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Ölçünün bu azalması ultrasəs emalının metal oksid qatlarının daha asan parçalanmasına kömək etməsi ilə baş verir. Bu tədqiqat ultrasəsdən istifadənin birqatlı rutenium oksid nanotəbəqələrinin hazırlanması üçün yaxşı və asan üsul olduğunu vurğulayır. Bu, ultrasəslə dəstəklənən ion mübadiləsi prosesinin 2D metal oksid nanotəbəqələrinin hazırlanması üçün asan və səmərəli yanaşma təqdim etdiyini göstərir. Ultrasəs eksfoliasiyasının üstünlükləri ultrasəs eksfoliasiyasının və layların ayrılmasının qrafen və borofen də daxil olmaqla ksenlər kimi də tanınan 2D nanomaterialların istehsal üsulu kimi niyə geniş istifadə olunduğunu izah edir.

Ultrasəs eksfoliasiyası rutenium oksid 2D nanotəbəqələrinin böyük miqyasda yüksək səmərəli və sürətləndirilmiş istehsalına şərait yaradır
(tədqiqat və şəkillər: ©Kim və b., 2021).

Ultrasəslə dəstəklənən rutenium oksid eksfoliasiyası üçün protokol

Aşağıdakı protokol Kim və b. (2021) tərəfindən təsvir edildiyi kimi, ultrasəslə dəstəklənən ion mübadiləsi reaksiyası prosesindən istifadə etməklə RuO2 nanotəbəqələrinin sintezi üçün addım-addım təlimatdır.
 

1. RuO2 və interkalantı həlledicidə (2-propanol) həll edərək və 3 günədək qarışdıraraq onların məhlulunu hazırlayın.
2. RuO2 nanotəbəqələrinin çıxımını 50%-dən çox artırmaq və RuO2 qatlarını bərabər kiçik lateral ölçülü hissələrə parçalamaq üçün zond tipli ultrasəs cihazından (məsələn, BS4d22 sonotrodu olan zond tipli UP1000hdT (1000W, 20kHz) ultrasəs cihazından) istifadə edərək məhlula 15 dəqiqə ərzində ultrasəs enerjisi tətbiq edin.
3. Eksfoliasiyanın aktivləşmə enerjisinin əhəmiyyətli dərəcədə azaldığını təsdiqləmək üçün sıxlıq funksionalı nəzəriyyəsinə əsaslanan hesablamalardan istifadə edin.
4. Müxtəlif tətbiqlərdə istifadə oluna bilən, alınmış RuO2 nanotəbəqələrini toplayın.

 
RuO2 nanotəbəqələrinin ultrasəs eksfoliasiyası üçün bu protokolun sadəliyi nanotəbəqələrin ultrasəslə istehsalının üstünlüklərini vurğulayır. Ultrasəs emalı qalınlığı təxminən 1 nm olan yüksək keyfiyyətli birqatlı RuO2 nanotəbəqələrinin istehsalı üçün yüksək səmərəli üsuldur. Protokolun miqyaslandırıla və təkrarlana bildiyi də müəyyən edilmişdir; bu da onu elektronika, kataliz və enerji saxlanması sahələrində müxtəlif tətbiqlər üçün RuO2 nanotəbəqələrinin böyük miqyasda istehsalına uyğun edir.
 
SnOx nanolopa hissəciklərinin sonokimyəvi sintezi haqqında daha ətraflı oxuyun!
 

Suda qrafit lopasının sonomexaniki eksfoliasiyasını göstərən kadrların yüksək sürətli ardıcıllığı (a-dan f-ə qədər) – 3-mm sonotrodu olan 200W gücündəki UP200S ultrasəs cihazından istifadə etməklə. Oxlar parçalanma (eksfoliasiya) yerini göstərir; kavitasiya qabarcıqları yaranan yarığa nüfuz edir.
(tədqiqat və şəkillər: © Tyurnina və b. 2020

RuO2 eksfoliasiyası üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları

Yüksək keyfiyyətli rutenium oksid nanotəbəqələrinin və digər ksenlərin istehsalı üçün etibarlı, yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs avadanlığı tələb olunur. Amplituda, təzyiq və temperatur təkrarlana bilmə və sabit xüsusiyyətlərə malik məhsulun alınması üçün həlledici olan əsas parametrlərdir. Hielscher Ultrasonics prosessorları proses parametrlərinin dəqiq təyin edilməsinə və fasiləsiz yüksək güclü ultrasəs çıxışına imkan verən güclü və dəqiq idarə olunan sistemlərdir. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilər. 200µm-dək amplitudalarla 24/7 rejimində asanlıqla fasiləsiz işləmək mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Hielscher ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş yüklərində və çətin mühitlərdə 24/7 rejimində işləməyə imkan verir.
Müştərilərimiz Hielscher Ultrasonics sistemlərinin müstəsna möhkəmliyindən və etibarlılığından məmnundurlar. Ağır iş yükü tələb edən tətbiq sahələrində (məsələn, nanomaterialların böyük miqyasda emalı), çətin mühitlərdə quraşdırılma və 24/7 rejimində işləmə səmərəli və qənaətli emalı təmin edir. Prosesin ultrasəslə intensivləşdirilməsi emal müddətini azaldır və daha yaxşı nəticələrə, yəni daha yüksək keyfiyyətə, daha yüksək çıxıma və innovativ məhsullara nail olmağa imkan verir.

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istismar ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və çətin mühitlərdə asanlıqla işləyir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya və istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini ödəyir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir: