نانوصفحات اکسید روتنیوم از طریق لایه برداری اولتراسونیک

نانوصفحات تک لایه اکسید روتنیوم می تواند به طور موثر با استفاده از سونوگرافی نوع پروب تولید شود. مزایای عمده لایه برداری نانوورق مافوق صوت بهره وری فرآیند ، عملکرد بالا ، درمان کوتاه و آسان ، عملکرد ایمن است. با توجه به راندمان بالا و کیفیت برتر نانوصفحات تولیدی، از امواج فراصوت برای تولید صنعتی نانوصفحات متعدد از جمله گرافن و بوروفن استفاده می شود.

لایه برداری اولتراسونیک نانوصفحات اکسید روتنیوم

نانوصفحات اکسید روتنیوم (RuO2 که به عنوان روتنات نیز شناخته می شود) خواص منحصر به فردی مانند رسانایی بالا، مقاومت کم، پایداری بالا، عملکرد کار بالا و حساسیت خوب به اچ خشک را ارائه می دهند. این باعث می شود اکسید روتنیوم ماده خوبی برای الکترودها در دستگاه های حافظه و ترانزیستورها باشد.

تصاویر SEM از نانوصفحات لایه برداری RuO2 با استفاده از الف) 1 دقیقه و ب) 7 دقیقه امواج فراصوت.
(مطالعه و تصاویر: ©کیم و همکاران، 2021)

مطالعه موردی: لایه برداری بسیار کارآمد RuO2 با استفاده از اولتراسونیک نوع پروب

کیم و همکاران (2021) در مطالعه خود بهبود قابل توجهی را در لایه برداری نانوصفحات تک لایه اکسید روتنیوم نشان دادند. محقق بازده بالایی از ورق های اکسید فلزی نازک RuO2 را با استفاده از امواج فراصوت ایجاد کرد. فرآیند مرسوم از طریق واکنش های تبادل یونی کند است و به دلیل اندازه مولکول ها و انرژی شیمیایی مورد نیاز برای واکنش، تنها مقادیر محدودی نانوصفحه دو بعدی (2D) تولید می کند. به منظور سرعت بخشیدن به فرآیند و افزایش میزان نانو ورق های اکسید روتنیوم تولیدی، با اعمال انرژی فراصوت به محلول اکسید RuO2، فرآیند لایه برداری را تشدید کردند. آنها دریافتند که پس از تنها 15 دقیقه از سونوگرافیس, مقدار ورق افزایش یافته توسط بیش از 50٪, به طور همزمان اندازه جانبی از ورق کاهش می یابد. محاسبات تئوری تابعی چگالی نشان داد که با تقسیم لایه های RuO2 به اندازه جانبی کوچک، انرژی فعال سازی لایه برداری به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این کاهش اندازه اتفاق می افتد زیرا فراصوت کمک کرد تا لایه های اکسید فلز را راحت تر از هم جدا کنید. این تحقیق تاکید می کند که استفاده از امواج فراصوت یک روش خوب و آسان برای ساخت نانوصفحات تک لایه اکسید روتنیوم است. این نشان می دهد که یک فرآیند تبادل یونی با پشتیبانی اولتراسونیک یک رویکرد آسان و کارآمد برای ساخت نانوصفحات اکسید فلزی دو بعدی ارائه می دهد. شایسته لایه برداری اولتارسونیک توضیح می دهد که چرا لایه برداری اولتراسونیک و لایه لایه شدن به طور گسترده ای به عنوان روش تولید برای نانومواد 2D استفاده می شود، همچنین به عنوان xenes شناخته شده، از جمله گرافن و بوروفن استفاده می شود.

لایه برداری اولتراسونیک ترویج تولید بسیار کارآمد و سریع از نانوصفحات اکسید روتنیوم 2D در مقیاس بزرگ
(مطالعه و تصاویر: ©کیم و همکاران، 2021).

پروتکل لایه برداری اکسید روتنیوم به کمک التراسونیک

پروتکل زیر یک دستورالعمل گام به گام برای سنتز نانوصفحات RuO2 با استفاده از فرآیند واکنش تبادل یونی با پشتیبانی اولتراسونیک است که توسط کیم و همکاران (2021) توضیح داده شده است.
 

1. محلول RuO2 و یک اینترکالانت را با حل کردن آنها در حلال (2-پروپانول) و هم زدن تا 3 روز آماده کنید.
2. اعمال انرژی اولتراسوند با استفاده از یک مافوق صوت نوع پروب (به عنوان مثال، پروب نوع ultrasonicator UP1000hdT (1000W، 20kHz) با sonotrode BS4d22) به راه حل به مدت 15 دقیقه به منظور افزایش عملکرد نانوصفحات RuO2 توسط بیش از 50٪ و برای تقسیم لایه های RuO2 به یک اندازه جانبی یکنواخت کوچک.
3. از محاسبات تئوری تابعی چگالی برای تأیید انرژی فعال سازی لایه برداری به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
4. نانوصفحات RuO2 حاصل را جمع آوری کنید که می تواند برای کاربردهای مختلف استفاده شود.

 
سادگی این پروتکل برای لایه برداری اولتراسونیک از نانوصفحات RuO2 تاکید بر مزایای تولید نانوورق مافوق صوت. فراصوت یک تکنیک بسیار کارآمد برای تولید نانوصفحات تک لایه RuO2 با کیفیت بالا با ضخامت تقریبی 1 نانومتر است. همچنین مشخص شد که این پروتکل مقیاس پذیر و تکرارپذیر است و آن را برای تولید در مقیاس بزرگ نانوصفحات RuO2 برای کاربردهای مختلف در الکترونیک، کاتالیز و ذخیره انرژی مناسب می کند.

دنباله ای با سرعت بالا (از a تا f) از قاب هایی که لایه برداری سونومکانیکی پوسته گرافیت را در آب نشان می دهد با استفاده از UP200S، یک ultrasonicator 200W با sonotrode 3 میلی متر. فلش ها محل شکاف (لایه برداری) را با حباب های کاویتاسیون که به شکاف نفوذ می کنند نشان می دهند.
(مطالعه و تصاویر: © Tyurnina و همکاران 2020

اولتراسونیک با کارایی بالا برای لایه برداری RuO2

برای تولید نانو ورق اکسید روتنیوم با کیفیت بالا و سایر زنها، تجهیزات اولتراسونیک قابل اعتماد با کارایی بالا مورد نیاز است. پارامترهای اساسی دامنه، فشار و دما که برای تکرارپذیری و محصول سازگار بسیار مهم هستند. پردازنده های مافوق صوت Hielscher سیستم های قدرتمند و دقیق قابل کنترل هستند که اجازه می دهد تا برای تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند و خروجی سونوگرافی با قدرت بالا مداوم. مافوق صوت صنعتی Hielscher می تواند دامنه بسیار بالا ارائه. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار.
مشتریان ما با استحکام و قابلیت اطمینان برجسته از سیستم های مافوق صوت Hielscher راضی هستند. نصب در زمینه های کاربردهای سنگین (به عنوان مثال، پردازش نانومواد در مقیاس بزرگ)، محیط های سخت و عملکرد 24/7 پردازش کارآمد و اقتصادی را تضمین می کند. تشدید فرآیند اولتراسونیک زمان پردازش را کاهش می دهد و نتایج بهتری را به دست می آورد، یعنی کیفیت بالاتر، بازده بالاتر، محصولات نوآورانه.

طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان

مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.

Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: