Рутениев оксид монослойни нанолистове могат ефективно да се произвеждат с помощта на сонда тип ултразвук. Основните предимства на ултразвуковата ексфолиация на нанолистове са ефективността на процеса, високите добиви, краткото третиране и лесната, безопасна работа. Благодарение на високата си ефективност и превъзходно качество на произведените нанолистове, ултразвук се използва за промишленото производство на множество нанолистове, включително графен и борофен.

Ултразвукова ексфолиация на рутениев оксид Nanosheets

Рутениев оксид (RuO2, известен също като ruthenate) нанолистове 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 RuO2 nanosheets с помощта на) 1 минута и б) 7 минути ултразвук.
(проучване и снимки: ©Kim et al., 2021)

Казус: Високоефективно ексфолиране на RuO2 с помощта на ултрасоникатор тип сонда

Kim et al. (2021) показаха в своето проучване значителното подобрение в ексфолирането на монослойни нанолистове от рутениев оксид. Изследователят създаде високи добиви на тънки RuO2 метални оксидни листове 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 на произведените нанолистове рутениев оксид, те засилиха процеса на ексфолиране чрез прилагане на ултразвукова енергия към разтвора на RuO2 оксид. Те открили, че само след 15 минути ултразвук, количеството листове се увеличава с над 50%, едновременно с това страничният размер на листовете намалява. Изчисленията на функционалната теория на плътността показват, че активиращата енергия на ексфолирането е значително намалена чрез разделяне на слоевете RuO2 в малък страничен размер. Това намаляване на размера се случва, защото ултразвукът помогна да се разрушат слоевете метален оксид по-лесно. Това изследване подчертава, че използването на ултразвук е добър и лесен начин да се направят монослойни нанолистове от рутениев оксид. Това показва, че процесът на йонен обмен, поддържан от ултразвук, предлага лесен и ефективен подход за производство на 2D нанолистове от метален оксид. Подобава на ultarsonic ексфолиране обясни защо ултразвукова ексфолиация и разслояване се използва широко като производствена техника за 2D наноматериали, известен също като xenes, включително графен и борофен.

Ултразвукова ексфолиация насърчава високо ефективно и ускорено производство на рутениев оксид 2D nanosheets в голям мащаб
(проучване и снимки: ©Kim et al., 2021).

Протокол за ултразвуково подпомага рутениев оксид ексфолиране

Следният протокол е стъпка по стъпка инструкция за синтезиране на RuO2 нанолистове, използвайки ултразвуково поддържан 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 разбъркват до 3 дни.
2. Нанесете ултразвукова енергия с помощта на сонда тип ultrasonicator (например, сонда тип ultrasonicator UP1000hdT (1000W, 20kHz) с издатина BS4d22) на разтвора за 15 минути, за да се увеличи добива на RuO2 nanosheets с над 50% и да се разделят слоевете RuO2 в равномерно малък страничен размер.
3. Използвайте изчисленията 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 ползите от ултразвуковото производство на нанолистове. Sonication е високоефективна техника за производство на висококачествени монослойни RuO2 нанолистове с дебелина приблизително 1 nm. Установено е също, че протоколът е мащабируем и възпроизводим, което го прави подходящ за мащабно производство на нанолистове RuO2 за различни приложения в електрониката, катализата и съхранението на енергия.

Високоскоростна последователност (от a до f) от рамки, илюстриращи соно-механично ексфолиране на графитна люспа във вода използване на UP200S, 200W ultrasonicator с 3-мм издатина. Стрелките показват мястото на разделяне (ексфолиране) с кавитационни мехурчета, проникващи в разделянето.
(проучване и снимки: © Tyurnina et al. 2020

Висока производителност Ultrasonicators за RuO2 ексфолиране

За производството на висококачествени рутениев оксид нано-листове и други xenes е необходимо надеждно високопроизводително ултразвуково оборудване. Амплитуда, налягане и температура основни параметри, които са от решаващо значение за възпроизводимостта и последователния продукт. Hielscher Ultrasonics процесори са мощни и прецизно контролируеми системи, които позволяват точната настройка на параметрите на процеса и непрекъсната висока мощност ултразвуков изход. Hielscher промишлени ultrasonicators могат да доставят много високи амплитуди. Амплитуди до 200μm могат лесно да се изпълняват непрекъснато в 24/7 операция. За още по-високи амплитуди са налични персонализирани ултразвукови синсинсинди. Здравината на ултразвуковото оборудване Hielscher позволява 24/7 работа при тежки условия и в взискателни среди.
Нашите клиенти са доволни от изключителната здравина и надеждност на Hielscher ултразвукови системи. Инсталирането в области на тежко приложение (напр. Широкомащабна обработка на наноматериали), взискателни среди и 24/7 работа осигуряват ефективна и икономична обработка. Ултразвукова 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

Hielscher ultrasonicators са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват гладкото интегриране на нашите ultrasonicators в промишлени съоръжения. Груби условия и взискателни среди се обработват лесно от Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и постави специален акцент върху високопроизводителни ultrasonicators с участието на най-съвременните технологии и удобство за потребителя. Разбира се, Hielscher ultrasonicators са CE съвместими и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: