Nano ploče rutenijum oksida putem ultrazvučnog pilinga

Jednoslojni nanoplastovi rutenijum oksida mogu se efikasno proizvesti korišćenjem ultrazvučne sonde. Glavne prednosti ultrazvučnog pilinga nanolistovima su efikasnost procesa, visoki prinosi, kratak tretman i lak, siguran rad. Zbog svoje visoke efikasnosti i vrhunskog kvaliteta proizvedenih nanolimova, ultrazvuk se koristi za industrijsku proizvodnju brojnih nanolimova uključujući grafen i borofen.

Ultrazvučni piling nano listova rutenijum oksida

Nano ploče od rutenijum oksida (RuO2, takođe poznate kao rutenat) nude jedinstvena svojstva kao što su visoka provodljivost, niska otpornost, visoka stabilnost, visoka radna funkcija i dobra osetljivost na suvo jetkanje. Ovo čini rutenijum oksid dobrim materijalom za elektrode u memorijskim uređajima i tranzistorima.

SEM slike eksfolijiranih RuO2 nano listova koristeći a) 1 minut i b) 7 minuta ultrazvučne obrade.
(studija i slike: ©Kim et al., 2021.)

Studija slučaja: Visoko efikasan RuO2 piling pomoću ultrasonikatora tipa sonde

Kim et al. (2021) su u svojoj studiji pokazali značajno poboljšanje u eksfolijaciji monoslojnih nanoplasta rutenijum oksida. Istraživač je stvorio visoke prinose tankih RuO2 metalnih oksidnih ploča koristeći ultrazvučnu obradu. Konvencionalni proces interkalacije kroz reakcije ionske izmjene je spor i proizvodi samo ograničene količine dvodimenzionalnih (2D) nano listova zbog veličine molekula i kemijske energije potrebne za reakciju. Kako bi ubrzali proces i povećali količinu proizvedenih nano listova rutenijum oksida, intenzivirali su proces pilinga primjenom ultrazvučne energije na otopinu RuO2 oksida. Otkrili su da se nakon samo 15 minuta ultrazvučne obrade količina listova povećala za preko 50%, a istovremeno se smanjila bočna veličina listova. Proračuni teorije funkcionalne gustoće pokazali su da se energija aktivacije pilinga značajno smanjuje cijepanjem slojeva RuO2 na malu bočnu veličinu. Ovo smanjenje veličine se događa jer je ultrazvučna obrada pomogla da se slojevi metalnog oksida lakše razbiju. Ovo istraživanje naglašava da je korištenje ultrazvuka dobar i jednostavan način za izradu jednoslojnih nanoplasta rutenij oksida. Ovo pokazuje da ultrazvučno podržan proces jonske izmjene nudi lak i efikasan pristup za proizvodnju 2D nano ploča od metalnog oksida. Prednosti ultrazvučnog pilinga objašnjavaju zašto se ultrazvučni piling i delaminacija naširoko koristi kao tehnika proizvodnje 2D nanomaterijala, također poznatih kao kseni, uključujući grafen i borofen.

Ultrazvučni piling promovira visoko efikasnu i ubrzanu proizvodnju 2D nano listova rutenijum oksida u velikoj mjeri
(studija i slike: ©Kim et al., 2021).

Protokol za ultrazvučno potpomognuto piling rutenijum oksidom

Sljedeći protokol je korak-po-korak instrukcija za sintezu RuO2 nano listova korištenjem ultrazvučno podržanog procesa reakcije jonske izmjene kako opisuju Kim et al. (2021).
 

1. Pripremite rastvor RuO2 i interkalanta tako što ćete ih rastvoriti u rastvaraču (2-propanol) i mešati do 3 dana.
2. Nanesite energiju ultrazvuka pomoću ultrasonikatora tipa sonde (npr. ultrasonikator tipa sonde UP1000hdT (1000W, 20kHz) sa sonotrodom BS4d22) na otopinu 15 minuta kako biste povećali prinos RuO2 nanolistova za preko 50% i podijelili RuO2 slojeva u jednolično malu bočnu veličinu.
3. Koristite proračune teorije funkcionalne gustine kako biste potvrdili da je energija aktivacije pilinga značajno smanjena.
4. Prikupite rezultirajuće RuO2 nano ploče, koje se mogu koristiti za različite primjene.

 
Jednostavnost ovog protokola za ultrazvučni piling RuO2 nanoploča naglašava prednosti ultrazvučne proizvodnje nanolimova. Sonikacija je visoko efikasna tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih jednoslojnih RuO2 nano ploča debljine približno 1 nm. Utvrđeno je da je protokol skalabilan i reproducibilan, što ga čini pogodnim za proizvodnju RuO2 nano ploča za različite primjene u elektronici, katalizi i skladištenju energije.
 
Pročitajte više o sonohemijskoj sintezi SnOx nanopahuljica!
 

Brzi niz (od a do f) okvira koji ilustrira sono-mehaničko piling grafitne pahuljice u vodi koristeći UP200S, ultrazvučni aparat od 200 W sa sonotrodom od 3 mm. Strelice pokazuju mjesto cijepanja (pilinga) sa mjehurićima kavitacije koji prodiru u rascjep.
(studija i slike: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonikatori visokih performansi za RuO2 piling

Za proizvodnju visokokvalitetnih nano listova rutenijum oksida i drugih ksena potrebna je pouzdana ultrazvučna oprema visokih performansi. Bitni parametri amplitude, pritiska i temperature, koji su ključni za ponovljivost i konzistentan proizvod. Hielscher Ultrasonics procesori su moćni i precizno kontrolisani sistemi, koji omogućavaju precizno podešavanje parametara procesa i kontinuirani ultrazvučni izlaz velike snage. Hielscher industrijski ultrasonikatori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi kontinuirano u radu 24 sata dnevno. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednom robusnošću i pouzdanošću Hielscher Ultrasonics sistema. Instalacija u područjima teške primjene (npr. obrada nanomaterijala velikih razmjera), zahtjevnim okruženjima i 24/7 rad osigurava efikasnu i ekonomičnu obradu. Ultrazvučno intenziviranje procesa skraćuje vrijeme obrade i postiže bolje rezultate, odnosno veći kvalitet, veći prinosi, inovativni proizvodi.

Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany

Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: