Νανοφύλλα οξειδίου ρουθηνίου μέσω υπερηχητικής απολέπισης

Τα νανοφύλλα μονοστρωματικών οξειδίων του ρουθηνίου μπορούν να παραχθούν αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας υπερήχους τύπου καθετήρα. Σημαντικά πλεονεκτήματα της απολέπισης νανοφύλλων υπερήχων είναι η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας, οι υψηλές αποδόσεις, η σύντομη επεξεργασία και η εύκολη, ασφαλής λειτουργία. Λόγω της υψηλής αποτελεσματικότητας και της ανώτερης ποιότητας των παραγόμενων νανοφύλλων, υπερήχους χρησιμοποιείται για τη βιομηχανική παραγωγή πολυάριθμων νανοφύλλων, συμπεριλαμβανομένου του γραφενίου και του βοροφενίου.

Υπερήχων απολέπιση νανοφύλλων οξειδίου ρουθηνίου

Τα νανοφύλλα οξειδίου του ρουθηνίου (RuO2, επίσης γνωστά ως ρουθηνικά) προσφέρουν μοναδικές ιδιότητες όπως υψηλή αγωγιμότητα, χαμηλή ειδική αντίσταση, υψηλή σταθερότητα, υψηλή λειτουργία εργασίας και καλή ευαισθησία στην ξηρή χάραξη. Αυτό καθιστά το οξείδιο του ρουθηνίου ένα καλό υλικό για ηλεκτρόδια σε συσκευές μνήμης και τρανζίστορ.

SEM εικόνες απολεπισμένων νανοφύλλων RuO2 χρησιμοποιώντας α) 1 λεπτό και β) 7 λεπτά υπερήχων.
(μελέτη και φωτογραφίες: ©Kim et al., 2021)

Μελέτη περίπτωσης: Εξαιρετικά αποτελεσματική απολέπιση RuO2 χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπο ανιχνευτή

Οι Kim et al. (2021) έδειξαν στη μελέτη τους τη σημαντική βελτίωση στην απολέπιση των νανοφύλλων μονοστιβάδας οξειδίου του ρουθηνίου. Ο ερευνητής δημιούργησε υψηλές αποδόσεις λεπτών φύλλων μεταλλικού οξειδίου RuO2 χρησιμοποιώντας υπερήχους. Η συμβατική διαδικασία παρεμβολής μέσω αντιδράσεων ανταλλαγής ιόντων είναι αργή και παράγει μόνο περιορισμένες ποσότητες δισδιάστατων (2D) νανοφύλλων λόγω του μεγέθους των μορίων και της χημικής ενέργειας που απαιτείται για την αντίδραση. Προκειμένου να γίνει η διαδικασία ταχύτερη και να αυξηθεί η ποσότητα των νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου που παράγονται, ενέτειναν τη διαδικασία απολέπισης εφαρμόζοντας ενέργεια υπερήχων στο διάλυμα οξειδίου του RuO2. Διαπίστωσαν ότι μετά από μόλις 15 λεπτά υπερήχων, η ποσότητα των φύλλων αυξήθηκε κατά περισσότερο από 50%, ταυτόχρονα το πλευρικό μέγεθος των φύλλων μειώθηκε. Οι υπολογισμοί της συναρτησιακής θεωρίας πυκνότητας έδειξαν ότι η ενέργεια ενεργοποίησης της απολέπισης μειώνεται σημαντικά με τη διάσπαση των στρωμάτων RuO2 σε ένα μικρό πλευρικό μέγεθος. Αυτή η μείωση μεγέθους συμβαίνει επειδή η υπερήχηση βοήθησε να σπάσει τα στρώματα του μεταλλικού οξειδίου πιο εύκολα. Αυτή η έρευνα υπογραμμίζει ότι η χρήση υπερήχων είναι ένας καλός και εύκολος τρόπος για την κατασκευή νανοφύλλων μονοστρωματικής στιβάδας οξειδίου του ρουθηνίου. Αυτό δείχνει ότι μια διαδικασία ανταλλαγής ιόντων που υποστηρίζεται από υπερήχους προσφέρει μια εύκολη και αποτελεσματική προσέγγιση για την κατασκευή νανοφύλλων οξειδίου μετάλλου 2D. Τα πλεονεκτήματα της απολέπισης ultarsonic εξηγούν γιατί η υπερηχητική απολέπιση και αποκόλληση χρησιμοποιείται ευρέως ως τεχνική παραγωγής για 2D νανοϋλικά, επίσης γνωστά ως xenes, συμπεριλαμβανομένου του γραφενίου και του βοροφενίου.

Υπερήχων απολέπιση προωθεί την εξαιρετικά αποτελεσματική και επιταχυνόμενη παραγωγή του ρουθηνίου οξείδιο του ρουθηνίου 2D νανοφύλλα σε μεγάλη κλίμακα
(μελέτη και εικόνες: ©Kim et al., 2021).

Πρωτόκολλο για υπερηχητικά υποβοηθούμενη απολέπιση οξειδίου του ρουθηνίου

Το ακόλουθο πρωτόκολλο είναι μια βήμα προς βήμα οδηγία για τη σύνθεση νανοφύλλων RuO2 χρησιμοποιώντας υπερηχητικά υποστηριζόμενη διαδικασία αντίδρασης ανταλλαγής ιόντων όπως περιγράφεται από τους Kim et al. (2021).
 

1. Παρασκευάζεται διάλυμα RuO2 και παρεμβαλλόμενο διάλυμα διαλύοντάς τα σε διαλύτη (2-προπανόλη) και υπό ανάδευση έως και 3 ημέρες.
2. Εφαρμόστε ενέργεια υπερήχων χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπο καθετήρα (π.χ., υπερήχων τύπου καθετήρα UP1000hdT (1000W, 20kHz) με sonotrode BS4d22) στο διάλυμα για 15 λεπτά, προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση των νανοφύλλων RuO2 κατά περισσότερο από 50% και να χωριστούν τα στρώματα RuO2 σε ομοιόμορφα μικρό πλευρικό μέγεθος.
3. Χρησιμοποιήστε υπολογισμούς συναρτησιακής θεωρίας πυκνότητας για να επιβεβαιώσετε ότι η ενέργεια ενεργοποίησης της απολέπισης μειώνεται σημαντικά.
4. Συλλέξτε τα προκύπτοντα νανοφύλλα RuO2, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες εφαρμογές.

 
Η απλότητα αυτού του πρωτοκόλλου για υπερηχητική απολέπιση νανοφύλλων RuO2 υπογραμμίζει τα οφέλη της παραγωγής νανοφύλλων υπερήχων. Κατεργασία με υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνική για την παραγωγή υψηλής ποιότητας μονοστρωματικών νανοφύλλων RuO2 με πάχος περίπου 1 nm. Το πρωτόκολλο βρέθηκε επίσης να είναι επεκτάσιμο και αναπαραγώγιμο, καθιστώντας το κατάλληλο για μεγάλης κλίμακας παραγωγή νανοφύλλων RuO2 για διάφορες εφαρμογές στην ηλεκτρονική, την κατάλυση και την αποθήκευση ενέργειας.

Μια ακολουθία υψηλής ταχύτητας (από το a έως το f) πλαισίων που απεικονίζουν τη sono-μηχανική απολέπιση μιας νιφάδας γραφίτη στο νερό χρησιμοποιώντας το UP200S, ένα υπερηχητικό 200W με sonotrode 3 mm. Τα βέλη δείχνουν τον τόπο διάσπασης (απολέπιση) με φυσαλίδες σπηλαίωσης που διεισδύουν στη διάσπαση.
(μελέτη και φωτογραφίες: © Tyurnina et al. 2020

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για απολέπιση RuO2

Για την παραγωγή υψηλής ποιότητας νανοφύλλων οξειδίου του ρουθηνίου και άλλων xenes, απαιτείται αξιόπιστος εξοπλισμός υπερήχων υψηλής απόδοσης. Βασικές παράμετροι πλάτους, πίεσης και θερμοκρασίας, οι οποίες είναι ζωτικής σημασίας για την αναπαραγωγιμότητα και το συνεπές προϊόν. Hielscher υπερήχων επεξεργαστές είναι ισχυρά και με ακρίβεια ελεγχόμενα συστήματα, τα οποία επιτρέπουν την ακριβή ρύθμιση των παραμέτρων της διαδικασίας και συνεχή έξοδο υπερήχων υψηλής ισχύος. Hielscher βιομηχανική υπερήχων μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του εξοπλισμού υπερήχων Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Οι πελάτες μας είναι ικανοποιημένοι από την εξαιρετική ευρωστία και αξιοπιστία των συστημάτων Hielscher Ultrasonics. Η εγκατάσταση σε τομείς βαριάς εφαρμογής (π.χ. επεξεργασία νανοϋλικών μεγάλης κλίμακας), απαιτητικά περιβάλλοντα και 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία εξασφαλίζουν αποτελεσματική και οικονομική επεξεργασία. Υπερήχων εντατικοποίηση της διαδικασίας μειώνει το χρόνο επεξεργασίας και επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, δηλαδή υψηλότερη ποιότητα, υψηλότερες αποδόσεις, καινοτόμα προϊόντα.

Σχεδιασμός, Κατασκευή και Συμβουλευτική – Ποιότητα Made in Germany

Hielscher υπερήχων είναι γνωστή για την υψηλότερη ποιότητα και τα πρότυπα σχεδιασμού τους. Η ευρωστία και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι σκληρές συνθήκες και τα απαιτητικά περιβάλλοντα αντιμετωπίζονται εύκολα από τους υπερήχους Hielscher.

Hielscher Υπέρηχοι είναι μια πιστοποιημένη εταιρεία ISO και δίνουν ιδιαίτερη έμφαση σε υψηλής απόδοσης υπερήχων που διαθέτουν state-of-the-art τεχνολογία και φιλικότητα προς το χρήστη. Φυσικά, Hielscher υπερήχων είναι CE συμβατό και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: