Ruteniumoksidin yksikerroksiset nanosheetit voidaan tuottaa tehokkaasti käyttämällä koetintyyppistä ultrasonicationia. Ultraääninanosheet-kuorinnan tärkeimmät edut ovat prosessin tehokkuus, korkeat saannot, lyhyt hoito ja helppo, turvallinen käyttö. Korkean hyötysuhteensa ja tuotettujen nanoarkkien erinomaisen laadun vuoksi ultrasonicationia käytetään lukuisten nanoarkkien, kuten grafeenin ja borofeenin, teolliseen tuotantoon.

Ruteniumoksidinanoarkkien ultraäänikuorinta

Ruteniumoksidin (RuO2, tunnetaan myös nimellä rutenaatti) nanosheetit tarjoavat ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten korkea johtavuus, alhainen resistiivisyys, korkea stabiilisuus, korkea työfunktio ja hyvä alttius kuivasyövytykselle. Tämä tekee ruteniumoksidista hyvän materiaalin muistilaitteiden ja transistoreiden elektrodeille.

SEM-kuvat kuorituista RuO2-nanosheeteistä käyttäen a) 1 minuutti ja b) 7 minuuttia ultrasonicationia.
(tutkimus ja kuvat: ©Kim et al., 2021)

Tapaustutkimus: Erittäin tehokas RuO2-kuorinta koetintyyppisellä ultraäänilaitteella

(2021) osoittivat tutkimuksessaan ruteniumoksidin yksikerroksisten nanoarkkien kuorinnan merkittävän parannuksen. Tutkija loi korkeat saannot ohuista RuO2-metallioksidilevyistä ultraäänellä. Tavanomainen interkalaatioprosessi ioninvaihtoreaktioiden kautta on hidas ja tuottaa vain rajallisia määriä kaksiulotteisia (2D) nanosheettejä johtuen molekyylien koosta ja reaktioon tarvittavasta kemiallisesta energiasta. Prosessin nopeuttamiseksi ja tuotettujen ruteniumoksidinanolevyjen määrän lisäämiseksi ne tehostivat kuorintaprosessia soveltamalla ultraäänienergiaa RuO2-oksidiliuokseen. He havaitsivat, että vain 15 minuutin ultrasonicationin jälkeen arkkien määrä kasvoi yli 50%, samanaikaisesti arkkien sivuttaiskoko pieneni. Tiheysfunktionaaliteorian laskelmat osoittivat, että kuorinnan aktivaatioenergia vähenee merkittävästi jakamalla RuO2-kerrokset pieneen sivukokoon. Tämä koon pieneneminen tapahtuu, koska sonikaatio auttoi hajottamaan metallioksidikerrokset helpommin. Tämä tutkimus korostaa, että ultraäänen käyttö on hyvä ja helppo tapa tehdä ruteniumoksidin yksikerroksisia nanoarkkeja. Tämä osoittaa, että ultraäänituettu ioninvaihtoprosessi tarjoaa helpon ja tehokkaan lähestymistavan 2D-metallioksidinanolevyjen valmistukseen. Ultarsonic-kuorinnan ominaisuudet selittävät, miksi ultraäänikuorintaa ja delaminaatiota käytetään laajalti 2D-nanomateriaalien, jotka tunnetaan myös nimellä xenes, mukaan lukien grafeeni ja borofeeni, tuotantotekniikkana.

Ultraäänikuorinta edistää ruteniumoksidin 2D-nanoarkkien erittäin tehokasta ja nopeutettua tuotantoa suuressa mittakaavassa
(tutkimus ja kuvat: ©Kim et al., 2021).

Ultraäänellä avustetun ruteniumoksidikuorinnan protokolla

Seuraava protokolla on vaiheittainen ohje RuO2-nanoarkkien syntetisoimiseksi ultraäänellä tuetulla ioninvaihtoreaktioprosessilla, kuten Kim et ai. (2021) kuvaa.
 

1. Valmistetaan RuO2-liuos ja interkalantti liuottamalla ne liuottimeen (2-propanoli) ja sekoittamalla enintään 3 vuorokautta.
2. Levitä ultraäänienergiaa koetintyyppisellä ultraäänilaitteella (esim. koetintyyppinen ultraäänilaite UP1000hdT (1000W, 20kHz) sonotrode BS4d22: lla) liuokseen 15 minuutin ajan, jotta RuO2-nanoarkkien saanto kasvaa yli 50% ja jakaa RuO2-kerrokset tasaisesti pieneen sivukokoon.
3. Käytä tiheysfunktionaaliteorian laskelmia vahvistaaksesi kuorinnan aktivointienergian vähenevän merkittävästi.
4. Kerää tuloksena olevat RuO2-nanoarkit, joita voidaan käyttää erilaisiin sovelluksiin.

 
Tämän RuO2-nanoarkkien ultraäänikuorintaprotokollan yksinkertaisuus korostaa ultraääninanoarkkien tuotannon etuja. Sonikaatio on erittäin tehokas tekniikka korkealaatuisten yksikerroksisten RuO2-nanoarkkien tuottamiseksi, joiden paksuus on noin 1 nm. Protokollan todettiin myös olevan skaalautuva ja toistettava, mikä tekee siitä sopivan RuO2-nanoarkkien laajamittaiseen tuotantoon erilaisiin sovelluksiin elektroniikassa, katalyysissä ja energian varastoinnissa.

Nopea kehyssarja (a:sta f:ään), joka kuvaa grafiittihiutaleen sonomekaanista kuorintaa vedessä käyttämällä UP200S: ää, 200 W: n ultraäänilaitetta, jossa on 3 mm: n sonotrode. Nuolet osoittavat halkaisupaikan (kuorinnan) kavitaatiokuplien tunkeutuessa halkeamaan.
(tutkimus ja kuvat: © Tyurnina et al. 2020

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat RuO2-kuorintaan

Korkealaatuisten ruteniumoksidinanolevyjen ja muiden kseenien valmistukseen tarvitaan luotettavia korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita. Amplitudin, paineen ja lämpötilan olennaiset parametrit, jotka ovat ratkaisevia toistettavuuden ja johdonmukaisen tuotteen kannalta. Hielscher Ultrasonics -prosessorit ovat tehokkaita ja tarkasti ohjattavia järjestelmiä, jotka mahdollistavat prosessiparametrien tarkan asettamisen ja jatkuvan suuritehoisen ultraäänilähdön. Hielscherin teolliset ultraäänilaitteet voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Asiakkaamme ovat tyytyväisiä Hielscher Ultrasonics -järjestelmien erinomaiseen kestävyyteen ja luotettavuuteen. Asennus raskaisiin sovelluksiin (esim. suuren mittakaavan nanomateriaalien käsittely), vaativiin ympäristöihin ja 24/7-toimintaan takaavat tehokkaan ja taloudellisen käsittelyn. Ultraääniprosessin tehostaminen vähentää käsittelyaikaa ja saavuttaa parempia tuloksia eli parempaa laatua, suurempia saantoja, innovatiivisia tuotteita.

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Laatu valmistettu Saksassa

Hielscherin ultraäänilaitteet ovat tunnettuja korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppo käyttö mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscherin ultraäänilaitteet käsittelevät helposti karkeita olosuhteita ja vaativia ympäristöjä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita, joissa on uusinta tekniikkaa ja käyttäjäystävällisyyttä. Tietenkin Hielscherin ultraäänilaitteet ovat CE-yhteensopivia ja täyttävät UL: n, CSA: n ja RoHs: n vaatimukset.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: