Rutenioksiidi nanolehed ultraheli koorimise teel

Rutenioksiidi monokihilisi nanolehti on võimalik tõhusalt toota sondtüüpi ultraheli töötluse abil. Ultraheli nanolehtede koorimise peamised eelised on protsessi tõhusus, kõrge saagis, lühike töötlusaeg ning lihtne ja ohutu kasutus. Tänu suurele tõhususele ja toodetud nanolehtede kõrgele kvaliteedile kasutatakse ultraheli töötlust paljude nanolehtede, sealhulgas grafeeni ja boroneeni tööstuslikuks tootmiseks.

Rutenioksiidi nanolehtede ultraheli koorimine

Rutenioksiidi (RuO2, tuntud ka kui ruteenaat) nanolehtedel on ainulaadsed omadused, nagu kõrge juhtivus, madal eritakistus, kõrge stabiilsus, suur väljumistöö ja hea vastuvõtlikkus kuivsöövitusele. See teeb rutenioksiidist hea materjali mäluseadmete ja transistoride elektroodideks.

Koorutud RuO2 nanolehtede SEM-kujutised, kasutades a) 1 minuti ja b) 7 minuti pikkust ultraheli töötlust.
(uuring ja pildid: ©Kim et al., 2021)

Juhtumiuuring: väga tõhus RuO2 koorimine sondtüüpi sonikaatoriga

Kim et al. (2021) näitasid oma uuringus rutenioksiidi monokihiliste nanolehtede koorimise olulist paranemist. Teadlased tootsid ultraheli töötluse abil suure saagisega õhukesi RuO2 metalloksiidi lehti. Tavapärane interkalatsiooniprotsess ioonvahetusreaktsioonide kaudu on aeglane ja annab vaid piiratud koguse kahemõõtmelisi (2D) nanolehti, mis tuleneb molekulide suurusest ja reaktsiooniks vajalikust keemilisest energiast. Protsessi kiirendamiseks ja toodetavate rutenioksiidi nanolehtede hulga suurendamiseks intensiivistasid nad koorimisprotsessi, rakendades RuO2 oksiidi lahusele ultraheli energiat. Nad leidsid, et vaid 15 minuti pikkuse ultraheli töötluse järel suurenes lehtede hulk üle 50%, samal ajal kui lehtede külgmine suurus vähenes. Tihedusfunktsionaalteooria arvutused näitasid, et koorimise aktivatsioonienergia väheneb oluliselt, kui RuO2 kihid lõhutakse väikese külgmise suurusega osadeks. See suuruse vähenemine toimub seetõttu, et sonikeerimine aitas metalloksiidi kihte kergemini lahti murda. See uuring rõhutab, et ultraheli kasutamine on hea ja lihtne viis rutenioksiidi monokihiliste nanolehtede valmistamiseks. See näitab, et ultraheli toel toimuv ioonvahetusprotsess pakub lihtsat ja tõhusat lähenemist 2D metalloksiidi nanolehtede valmistamiseks. Ultraheli koorimise eelised selgitavad, miks ultraheli koorimist ja delaminatsiooni kasutatakse laialdaselt 2D nanomaterjalide, tuntud ka kui ksenid, sealhulgas grafeeni ja boroneeni tootmismeetodina.

Ultraheli koorimine soodustab rutenioksiidi 2D nanolehtede väga tõhusat ja kiirendatud tootmist suures mahus
(uuring ja pildid: ©Kim et al., 2021).

Ultraheli abil toimuva rutenioksiidi koorimise protokoll

Järgnev protokoll on samm-sammuline juhend RuO2 nanolehtede sünteesimiseks ultraheli toel toimuva ioonvahetusreaktsiooni abil, nagu on kirjeldanud Kim et al. (2021).

1. Valmistage RuO2 ja interkalandi lahus, lahustades need lahustis (2-propanool) ja segades kuni 3 päeva.
2. Rakendage lahusele ultraheli energiat sondtüüpi sonikaatoriga (nt sondtüüpi sonikaator UP1000hdT (1000W, 20kHz) sonotroodiga BS4d22) 15 minuti jooksul, et suurendada RuO2 nanolehtede saagist üle 50% ja lõhkuda RuO2 kihid ühtlaselt väikese külgmise suurusega osadeks.
3. Kasutage tihedusfunktsionaalteooria arvutusi, et kinnitada, et koorimise aktivatsioonienergia on oluliselt vähenenud.
4. Koguge saadud RuO2 nanolehed, mida saab kasutada mitmesugusteks rakendusteks.

See ultraheli koorimise protokoll RuO2 nanolehtede jaoks on lihtne, mis rõhutab nanolehtede ultraheli tootmise eeliseid. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on väga tõhus tehnika kvaliteetsete RuO2 monokihiliste nanolehtede tootmiseks paksusega ligikaudu 1 nm. Protokoll osutus ka skaleeritavaks ja reprodutseeritavaks, mistõttu sobib see RuO2 nanolehtede suuremahuliseks tootmiseks mitmesugusteks rakendusteks elektroonikas, katalüüsis ja energia salvestamisel.

Lugege lähemalt SnOx nanohelveste sonokeemilise sünteesi kohta!
 

Kiire kaadrite jada (a kuni f), mis illustreerib grafiithelbe sono-mehaanilist koorimist vees kasutades seadet UP200S, 200W sonikaatorit 3-mm sonotroodiga. Nooled näitavad lõhenemiskohta (koorimist), kus kavitatsioonimullid tungivad lõhesse.
(uuring ja pildid: © Tyurnina et al. 2020

Suure jõudlusega sonikaatorid RuO2 koorimiseks

Kvaliteetsete rutenioksiidi nanolehtede ja teiste ksenide tootmiseks on vaja töökindlat suure jõudlusega ultraheliseadmestikku. Amplituud, rõhk ja temperatuur on olulised parameetrid, mis on reprodutseeritavuse ja ühtlase tootekvaliteedi jaoks üliolulised. Hielscher Ultrasonics protsessorid on võimsad ja täpselt reguleeritavad süsteemid, mis võimaldavad protsessiparameetreid täpselt seadistada ja tagavad pideva suure võimsusega ultraheli väljundi. Hielscheri tööstuslikud sonikaatorid suudavad tekitada väga suuri amplituude. Kuni 200µm amplituude on võimalik hõlpsasti pidevalt kasutada 24/7 töörežiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töörežiimi suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Meie kliendid on rahul Hielscher Ultrasonics süsteemide silmapaistva töökindluse ja usaldusväärsusega. Paigaldus suure koormusega rakendusvaldkondades (nt suuremahuline nanomaterjalide töötlemine), nõudlikes keskkondades ja 24/7 töörežiimis tagab tõhusa ja ökonoomse töötlemise. Ultraheli protsessi intensiivistamine lühendab töötlusaega ja annab paremaid tulemusi, st kõrgemat kvaliteeti, suuremat saagist ja uuenduslikke tooteid.

Disain, tootmine ja nõustamine – kvaliteet, mis on valmistatud Saksamaal

Hielscheri sonikaatorid on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie sonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri sonikaatorid tulevad kergesti toime karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ning pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega sonikaatoritele, mis on varustatud tipptehnoloogia ja kasutajasõbralikkusega. Loomulikult vastavad Hielscheri sonikaatorid CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest: