Νανοφύλλα οξειδίου του ρουθηνίου μέσω απολέπισης με υπερήχους
Τα μονοστρωματικά νανοφύλλα οξειδίου του ρουθηνίου μπορούν να παραχθούν αποδοτικά με κατεργασία με υπερήχους τύπου καθετήρα. Τα κύρια πλεονεκτήματα της απολέπισης νανοφύλλων με υπερήχους είναι η αποδοτικότητα της διεργασίας, οι υψηλές αποδόσεις, η σύντομη κατεργασία και ο εύκολος, ασφαλής χειρισμός. Λόγω της υψηλής αποδοτικότητάς της και της ανώτερης ποιότητας των παραγόμενων νανοφύλλων, η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται για τη βιομηχανική παραγωγή πολυάριθμων νανοφύλλων, συμπεριλαμβανομένων του γραφενίου και του βοροφενίου.
Απολέπιση νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου με υπερήχους
Τα νανοφύλλα οξειδίου του ρουθηνίου (RuO2, γνωστού και ως ρουθηνικό άλας) διαθέτουν μοναδικές ιδιότητες, όπως υψηλή αγωγιμότητα, χαμηλή ειδική αντίσταση, υψηλή σταθερότητα, υψηλό έργο εξόδου και καλή επιδεκτικότητα στην ξηρή χάραξη. Αυτό καθιστά το οξείδιο του ρουθηνίου καλό υλικό για ηλεκτρόδια σε διατάξεις μνήμης και τρανζίστορ.
Εικόνες SEM απολεπισμένων νανοφύλλων RuO2 μετά από κατεργασία με υπερήχους διάρκειας a) 1 λεπτού και b) 7 λεπτών.
(μελέτη και εικόνες: ©Kim et al., 2021)
Βιομηχανικό σύστημα υπερήχων ισχύος για βιομηχανική απολέπιση νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου εντός γραμμής.
Μελέτη περίπτωσης: Εξαιρετικά αποδοτική απολέπιση RuO2 με συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα
Οι Kim et al. (2021) έδειξαν στη μελέτη τους τη σημαντική βελτίωση της απολέπισης μονοστρωματικών νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου. Ο ερευνητής παρήγαγε λεπτά φύλλα μεταλλικού οξειδίου RuO2 με υψηλές αποδόσεις, χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους. Η συμβατική διεργασία παρεμβολής μέσω αντιδράσεων ιοντοανταλλαγής είναι αργή και παράγει μόνο περιορισμένες ποσότητες δισδιάστατων (2D) νανοφύλλων λόγω του μεγέθους των μορίων και της χημικής ενέργειας που απαιτείται για την αντίδραση. Για να επιταχύνουν τη διεργασία και να αυξήσουν την ποσότητα των παραγόμενων νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου, εντατικοποίησαν τη διεργασία απολέπισης εφαρμόζοντας ενέργεια υπερήχων στο διάλυμα του οξειδίου RuO2. Διαπίστωσαν ότι μετά από μόλις 15 λεπτά κατεργασίας με υπερήχους, η ποσότητα των φύλλων αυξήθηκε κατά περισσότερο από 50%, ενώ ταυτόχρονα μειώθηκαν οι πλευρικές διαστάσεις των φύλλων. Υπολογισμοί με τη θεωρία συναρτησιακού της πυκνότητας κατέδειξαν ότι η ενέργεια ενεργοποίησης της απολέπισης μειώνεται σημαντικά με τον κατακερματισμό των στρωμάτων RuO2 σε τμήματα μικρών πλευρικών διαστάσεων. Αυτή η μείωση του μεγέθους συμβαίνει επειδή η κατεργασία με υπερήχους βοήθησε στον ευκολότερο διαχωρισμό των στρωμάτων του μεταλλικού οξειδίου. Η έρευνα αυτή υπογραμμίζει ότι η χρήση υπερήχων είναι ένας καλός και εύκολος τρόπος παραγωγής μονοστρωματικών νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου. Αυτό δείχνει ότι μια διεργασία ιοντοανταλλαγής υποβοηθούμενη από υπερήχους προσφέρει μια εύκολη και αποδοτική προσέγγιση για την κατασκευή 2D νανοφύλλων μεταλλικών οξειδίων. Τα οφέλη της απολέπισης με υπερήχους εξηγούν γιατί η απολέπιση και η αποστρωμάτωση με υπερήχους χρησιμοποιούνται ευρέως ως τεχνική παραγωγής 2D νανοϋλικών, γνωστών και ως xenes, συμπεριλαμβανομένων του γραφενίου και του βοροφενίου.
Η απολέπιση με υπερήχους προάγει την εξαιρετικά αποδοτική και επιταχυνόμενη παραγωγή 2D νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου σε μεγάλη κλίμακα
(μελέτη και εικόνες: ©Kim et al., 2021).
Η απολέπιση νανοφύλλων RuO2 με υπερήχους μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί σε εργαστηριακή κλίμακα. Η εικόνα δείχνει τη συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UP400St κατά την απολέπιση νανοφύλλων σε ποτήρι ζέσεως.
Πρωτόκολλο απολέπισης οξειδίου του ρουθηνίου με υποβοήθηση υπερήχων
Το ακόλουθο πρωτόκολλο παρέχει οδηγίες βήμα προς βήμα για τη σύνθεση νανοφύλλων RuO2 με μια διεργασία αντίδρασης ιοντοανταλλαγής υποβοηθούμενη από υπερήχους, όπως περιγράφεται από τους Kim et al. (2021).
- Παρασκευάστε ένα διάλυμα RuO2 και ενός παράγοντα παρεμβολής, διαλύοντάς τα σε διαλύτη (2-προπανόλη) και αναδεύοντας για έως και 3 ημέρες.
- Εφαρμόστε ενέργεια υπερήχων στο διάλυμα χρησιμοποιώντας μια συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα (π.χ. συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UP1000hdT (1000W, 20kHz) με ηχοτρόδιο BS4d22) για 15 λεπτά, ώστε να αυξήσετε την απόδοση των νανοφύλλων RuO2 κατά περισσότερο από 50% και να κατακερματίσετε τα στρώματα RuO2 σε τμήματα με ομοιόμορφα μικρές πλευρικές διαστάσεις.
- Χρησιμοποιήστε υπολογισμούς με τη θεωρία συναρτησιακού της πυκνότητας για να επιβεβαιώσετε ότι η ενέργεια ενεργοποίησης της απολέπισης μειώνεται σημαντικά.
- Συλλέξτε τα προκύπτοντα νανοφύλλα RuO2, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές.
Η απλότητα αυτού του πρωτοκόλλου απολέπισης νανοφύλλων RuO2 με υπερήχους υπογραμμίζει τα οφέλη της παραγωγής νανοφύλλων με υπερήχους. Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποδοτική τεχνική για την παραγωγή μονοστρωματικών νανοφύλλων RuO2 υψηλής ποιότητας με πάχος περίπου 1 nm. Διαπιστώθηκε επίσης ότι το πρωτόκολλο μπορεί να εφαρμοστεί σε μεγαλύτερη κλίμακα και είναι αναπαραγώγιμο, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για την παραγωγή νανοφύλλων RuO2 σε μεγάλη κλίμακα για διάφορες εφαρμογές στην ηλεκτρονική, την κατάλυση και την αποθήκευση ενέργειας.
Διαβάστε περισσότερα για την ηχοχημική σύνθεση νανονιφάδων SnOx!
Μια ακολουθία καρέ υψηλής ταχύτητας (από a έως f) που απεικονίζει την ηχομηχανική απολέπιση μιας νιφάδας γραφίτη σε νερό με χρήση του UP200S, μιας συσκευής υπερήχων 200W με ηχοτρόδιο 3-mm. Τα βέλη δείχνουν τη θέση διαχωρισμού (απολέπισης), με φυσαλίδες σπηλαίωσης να διεισδύουν στη σχισμή.
(μελέτη και εικόνες: © Tyurnina et al. 2020
Μηχανισμός απολέπισης 2D νανοφύλλων με υπερήχους.
(μελέτη και γραφική απεικόνιση: Tyurnina et al., 2020)
Συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης για την απολέπιση RuO2
Για την παραγωγή νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου υψηλής ποιότητας και άλλων xenes, απαιτείται αξιόπιστος εξοπλισμός υπερήχων υψηλής απόδοσης. Το πλάτος ταλάντωσης, η πίεση και η θερμοκρασία είναι ουσιώδεις παράμετροι, καθοριστικές για την αναπαραγωγιμότητα και τη σταθερή ποιότητα του προϊόντος. Οι επεξεργαστές της Hielscher Ultrasonics είναι ισχυρά συστήματα με δυνατότητα ακριβούς ελέγχου, τα οποία επιτρέπουν την ακριβή ρύθμιση των παραμέτρων της διεργασίας και τη συνεχή παροχή υπερήχων υψηλής ισχύος. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης. Πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm μπορούν εύκολα να διατηρούνται συνεχώς σε λειτουργία 24/7. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης, διατίθενται ειδικά κατασκευασμένα ηχοτρόδια υπερήχων. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Οι πελάτες μας είναι ικανοποιημένοι από την εξαιρετική ανθεκτικότητα και αξιοπιστία των συστημάτων της Hielscher Ultrasonics. Η εγκατάσταση σε πεδία εφαρμογών βαριάς καταπόνησης (π.χ. επεξεργασία νανοϋλικών σε μεγάλη κλίμακα), τα απαιτητικά περιβάλλοντα και η λειτουργία 24/7 εξασφαλίζουν αποδοτική και οικονομική επεξεργασία. Η εντατικοποίηση της διεργασίας με υπερήχους μειώνει τον χρόνο επεξεργασίας και επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, δηλαδή υψηλότερη ποιότητα, υψηλότερες αποδόσεις και καινοτόμα προϊόντα.
Σχεδιασμός, κατασκευή και συμβουλευτικές υπηρεσίες – Ποιότητα κατασκευασμένη στη Γερμανία
Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι γνωστές για τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας και σχεδιασμού τους. Η ανθεκτικότητα και ο εύκολος χειρισμός επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των συσκευών υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher ανταποκρίνονται εύκολα σε αντίξοες συνθήκες και απαιτητικά περιβάλλοντα.
Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση σε συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και είναι φιλικές προς τον χρήστη. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 0,5 έως 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης για εφαρμογές ανάμειξης, διασποράς, γαλακτωματοποίησης και εκχύλισης σε εργαστηριακή, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης από εργαστηριακό έως βιομηχανικό μέγεθος.