Нанолистове от рутениев оксид чрез ултразвуково ексфолиране

Монослойните нанолистове от рутениев оксид могат ефективно да се произвеждат с помощта на ултразвук тип сонда. Основните предимства на ултразвуковото ексфолиране на нанолистове са ефективност на процеса, високи добиви, кратка обработка и безопасна работа. Поради високата си ефективност и превъзходно качество на произведените нанолистове, ултразвукът се използва за промишленото производство на множество нанолистове, включително графен и борофен.

Ултразвуково ексфолиране на нанолистове от рутениев оксид

Нанолистовете от рутениев оксид (RuO2, известен също като рутенат) предлагат уникални свойства като висока проводимост, ниско съпротивление, висока стабилност, висока работна функция и добра чувствителност към сухо ецване. Това прави рутениевия оксид добър материал за електроди в устройства с памет и транзистори.

SEM изображения на ексфолирани нанолистове RuO2 с помощта на а) 1 минута и б) 7 минути ултразвук.
(проучване и снимки: ©Kim et al., 2021)

Казус: Високоефективно ексфолиране на RuO2 с помощта на ултразвуков ултразвук тип сонда

Kim et al. (2021) показаха в своето проучване значителното подобрение в ексфолирането на монослойни нанолистове от рутениев оксид. Изследователят създава високи добиви от тънки листове RuO2 метален оксид с помощта на ултразвук. Конвенционалният процес на интеркалация чрез йонообменни реакции е бавен и произвежда само ограничени количества двуизмерни (2D) нанолистове поради размера на молекулите и химическата енергия, необходима за реакцията. За да направят процеса по-бърз и да увеличат количеството произведени нанолистове от рутениев оксид, те засилиха процеса на ексфолиране, като приложиха ултразвукова енергия към разтвора на RuO2 оксид. Те открили, че само след 15 минути ултразвук количеството листове се е увеличило с над 50%, едновременно с това страничният размер на листовете е намалял. Изчисленията на функционалната теория на плътността показват, че енергията на активиране на ексфолирането е значително намалена чрез разделяне на слоевете RuO2 на малък страничен размер. Това намаляване на размера се случва, защото ултразвукът помага за по-лесното разграждане на слоевете метален оксид. Това изследване подчертава, че използването на ултразвук е добър и лесен начин за направата на монослойни нанолистове от рутениев оксид. Това показва, че поддържаният от ултразвук процес на йонообмен предлага лесен и ефективен подход за производство на 2D нанолистове от метален оксид. Подобаването на ултарсоничното ексфолиране обяснява защо ултразвуковото ексфолиране и разслояване се използва широко като производствена техника за 2D наноматериали, известни също като ксени, включително графен и борофен.

Ултразвуковото ексфолиране насърчава високоефективното и ускорено производство на 2D нанолистове рутениев оксид в голям мащаб
(проучване и снимки: ©Kim et al., 2021).

Протокол за ултразвуково асистирано ексфолиране на рутениев оксид

Следващият протокол е инструкция стъпка по стъпка за синтезиране на нанолистове RuO2 с помощта на ултразвуков процес на йонообменна реакция, както е описано от Kim et al. (2021).
 

1. Приготвя се разтвор на RuO2 и интеркалант, като се разтварят в разтворител (2-пропанол) и се разбърква до 3 дни.
2. Приложете ултразвукова енергия с помощта на ултразвуков апарат от сонден тип (напр. ултразвуков уред от сондов тип UP1000hdT (1000W, 20kHz) със сонотрод BS4d22) към разтвора за 15 минути, за да увеличите добива на нанолистове RuO2 с над 50% и да разделите слоевете RuO2 на равномерно малък страничен размер.
3. Използвайте изчисления на функционалната теория на плътността, за да потвърдите, че енергията на активиране на ексфолирането е значително намалена.
4. Съберете получените нанолистове RuO2, които могат да се използват за различни приложения.

 
Простотата на този протокол за ултразвуково ексфолиране на нанолистове RuO2 подчертава предимствата на производството на ултразвукови нанолистове. Соникацията е високоефективна техника за производство на висококачествени еднослойни RuO2 нанолистове с дебелина приблизително 1 nm. Също така беше установено, че протоколът е мащабируем и възпроизводим, което го прави подходящ за широкомащабно производство на нанолистове RuO2 за различни приложения в електрониката, катализата и съхранението на енергия.
 
Прочетете повече за сонохимичния синтез на нановлакна от SnOx!
 

Високоскоростна последователност (от a до f) кадри, илюстриращи сономеханично ексфолиране на графитни люспи във вода с помощта на UP200S, 200W ултразвуков уред с 3-милиметров сонотрод. Стрелките показват мястото на разцепване (ексфолиране) с кавитационни мехурчета, проникващи в разцепването.
(проучване и снимки: © Tyurnina et al. 2020 г.

Високоефективни ултразвукови апарати за ексфолиация на RuO2

За производството на висококачествени нанолистове от рутениев оксид и други ксени е необходимо надеждно високоефективно ултразвуково оборудване. Основни параметри на амплитудата, налягането и температурата, които са от решаващо значение за възпроизводимостта и последователността на продукта. Ултразвуковите процесори на Hielscher са мощни и прецизно управляеми системи, които позволяват точна настройка на параметрите на процеса и непрекъснат ултразвуков изход с висока мощност. Индустриалните ултразвукови апарати Hielscher могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Нашите клиенти са доволни от изключителната здравина и надеждност на ултразвуковите системи на Hielscher. Инсталирането в области на тежко приложение (напр. широкомащабна обработка на наноматериали), взискателни среди и работа 24/7 осигуряват ефективна и икономична обработка. Ултразвуковата интензификация на процеса намалява времето за обработка и постига по-добри резултати, т.е. по-високо качество, по-високи добиви, иновативни продукти.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: