અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન દ્વારા રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ નેનોશીટ્સ
પ્રોબ પ્રકારની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને રુથેનિયમ ઑક્સાઇડની એકસ્તરીય નેનોશીટ્સનું કાર્યક્ષમ રીતે ઉત્પાદન કરી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક નેનોશીટ સ્તરવિચ્છેદનના મુખ્ય ફાયદાઓમાં પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા, ઊંચી ઉપજ, ટૂંકો પ્રક્રિયાકાળ અને સરળ, સલામત સંચાલનનો સમાવેશ થાય છે. તેની ઊંચી કાર્યક્ષમતા અને ઉત્પાદિત નેનોશીટ્સની ચડિયાતી ગુણવત્તાને કારણે, ગ્રાફીન અને બોરોફીન સહિત અનેક નેનોશીટ્સના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ થાય છે.
રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ નેનોશીટ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન
રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ (RuO2, જે રુથેનેટ તરીકે પણ ઓળખાય છે) નેનોશીટ્સ ઊંચી વિદ્યુતવાહકતા, ઓછી વિશિષ્ટ વિદ્યુતપ્રતિરોધકતા, ઊંચી સ્થિરતા, ઊંચું કાર્યફલન અને શુષ્ક એચિંગ પ્રત્યે સારી સંવેદનશીલતા જેવા અનન્ય ગુણધર્મો ધરાવે છે. આ ગુણધર્મો રુથેનિયમ ઑક્સાઇડને મેમરી ઉપકરણો અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોડ માટે સારી સામગ્રી બનાવે છે.
a) 1 મિનિટ અને b) 7 મિનિટની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા દ્વારા સ્તરવિચ્છેદિત કરેલી RuO2 નેનોશીટ્સની SEM છબીઓ.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: ©Kim et al., 2021)
રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ નેનોશીટ્સના ઔદ્યોગિક ઇનલાઇન સ્તરવિચ્છેદન માટેની ઔદ્યોગિક ઉચ્ચ શક્તિવાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિસ્ટમ.
કેસ અભ્યાસ: પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને અત્યંત કાર્યક્ષમ RuO2 સ્તરવિચ્છેદન
Kim et al. (2021) એ તેમના અભ્યાસમાં રુથેનિયમ ઑક્સાઇડની એકસ્તરીય નેનોશીટ્સના સ્તરવિચ્છેદનમાં નોંધપાત્ર સુધારો દર્શાવ્યો હતો. સંશોધકે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને પાતળી RuO2 ધાતુ ઑક્સાઇડ શીટ્સની ઊંચી ઉપજ મેળવી હતી. આયન વિનિમય પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા થતી પરંપરાગત આંતરસ્તરીય અંતર્વેશન પ્રક્રિયા ધીમી હોય છે અને અણુઓના કદ તથા પ્રતિક્રિયા માટે જરૂરી રાસાયણિક ઊર્જાને કારણે દ્વિપરિમાણીય (2D) નેનોશીટ્સનું માત્ર મર્યાદિત પ્રમાણમાં ઉત્પાદન કરે છે. પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવવા અને ઉત્પાદિત રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ નેનોશીટ્સનું પ્રમાણ વધારવા માટે, તેમણે RuO2 ઑક્સાઇડના દ્રાવણમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઊર્જા આપીને સ્તરવિચ્છેદન પ્રક્રિયાને તીવ્ર બનાવી હતી. તેમણે જોયું કે માત્ર 15 મિનિટની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા પછી શીટ્સનું પ્રમાણ 50% કરતાં વધુ વધ્યું હતું અને સાથે જ શીટ્સનું પાર્શ્વીય કદ ઘટ્યું હતું. ઘનતા કાર્યાત્મક સિદ્ધાંતની ગણતરીઓએ દર્શાવ્યું કે RuO2 સ્તરોને નાના પાર્શ્વીય કદમાં વિભાજિત કરવાથી સ્તરવિચ્છેદનની સક્રિયકરણ ઊર્જા નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે. કદમાં આ ઘટાડો એટલા માટે થાય છે કે સોનિકેશનથી ધાતુ ઑક્સાઇડના સ્તરોને વધુ સરળતાથી અલગ કરવામાં મદદ મળી હતી. આ સંશોધન દર્શાવે છે કે રુથેનિયમ ઑક્સાઇડની એકસ્તરીય નેનોશીટ્સ બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરવો એ સારી અને સરળ રીત છે. આ દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત આયન વિનિમય પ્રક્રિયા 2D ધાતુ ઑક્સાઇડ નેનોશીટ્સના નિર્માણ માટે સરળ અને કાર્યક્ષમ અભિગમ પૂરો પાડે છે. અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદનના ફાયદાઓ સમજાવે છે કે ગ્રાફીન અને બોરોફીન સહિત ઝીન્સ તરીકે પણ ઓળખાતા 2D નેનોપદાર્થોના ઉત્પાદનની પદ્ધતિ તરીકે અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન અને સ્તરવિયોજનનો વ્યાપક ઉપયોગ શા માટે થાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન મોટા પાયે રુથેનિયમ ઑક્સાઇડની 2D નેનોશીટ્સના અત્યંત કાર્યક્ષમ અને ઝડપી ઉત્પાદનને પ્રોત્સાહન આપે છે
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: ©Kim et al., 2021).
RuO2 નેનોશીટ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન પ્રયોગશાળાના પાયે પણ કરી શકાય છે. ચિત્રમાં પ્રોબ પ્રકારનું અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400St બીકરમાં નેનોશીટ્સના સ્તરવિચ્છેદન દરમિયાન દર્શાવવામાં આવ્યું છે.
અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ સ્તરવિચ્છેદન માટેની કાર્યવિધિ
નીચેની કાર્યવિધિ Kim et al. (2021) દ્વારા વર્ણવ્યા મુજબ અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત આયન વિનિમય પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને RuO2 નેનોશીટ્સના સંશ્લેષણ માટે પગલુંદર સૂચનાઓ આપે છે.
- RuO2 અને આંતરસ્તરીય અંતર્વેશકને દ્રાવક (2-પ્રોપેનોલ)માં ઓગાળીને અને 3 દિવસ સુધી હલાવીને તેમનું દ્રાવણ તૈયાર કરો.
- RuO2 નેનોશીટ્સની ઉપજ 50% કરતાં વધુ વધારવા અને RuO2 સ્તરોને સમાનરૂપે નાના પાર્શ્વીય કદમાં વિભાજિત કરવા માટે, પ્રોબ પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને (દા.ત., સોનોટ્રોડ BS4d22 ધરાવતું પ્રોબ પ્રકારનું અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP1000hdT (1000W, 20kHz)) દ્રાવણમાં 15 મિનિટ સુધી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઊર્જા આપો.
- સ્તરવિચ્છેદનની સક્રિયકરણ ઊર્જામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો છે તેની પુષ્ટિ કરવા માટે ઘનતા કાર્યાત્મક સિદ્ધાંતની ગણતરીઓનો ઉપયોગ કરો.
- પ્રાપ્ત થયેલી RuO2 નેનોશીટ્સ એકત્રિત કરો, જેનો વિવિધ ઉપયોગો માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે.
RuO2 નેનોશીટ્સના અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદન માટેની આ કાર્યવિધિની સરળતા અલ્ટ્રાસોનિક નેનોશીટ ઉત્પાદનના ફાયદાઓ દર્શાવે છે. આશરે 1 nm જાડાઈ ધરાવતી ઉચ્ચ ગુણવત્તાની એકસ્તરીય RuO2 નેનોશીટ્સનું ઉત્પાદન કરવા માટે સોનિકેશન અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. આ કાર્યવિધિ મોટા પાયે વિસ્તારી શકાય તેવી અને પુનરુત્પાદનીય હોવાનું પણ જણાયું હતું, જેથી તે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ઉત્પ્રેરણ અને ઊર્જા સંગ્રહમાં વિવિધ ઉપયોગો માટે RuO2 નેનોશીટ્સના મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે યોગ્ય બને છે.
SnOx નેનોફ્લેક્સના સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ વિશે વધુ વાંચો!
પાણીમાં ગ્રાફાઇટના એક પતરાના ધ્વનિ-યાંત્રિક સ્તરવિચ્છેદનને દર્શાવતો ફ્રેમ્સનો ઉચ્ચ ગતિનો ક્રમ (a થી f સુધી), જેમાં 3-mm સોનોટ્રોડ ધરાવતા 200W અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP200S નો ઉપયોગ થાય છે. તીરો વિભાજન (સ્તરવિચ્છેદન)નું સ્થાન દર્શાવે છે, જ્યાં કેવિટેશનના પરપોટા ચીરમાં પ્રવેશે છે.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: © Tyurnina et al. 2020
2D નેનોશીટ્સના અલ્ટ્રાસોનિક સ્તરવિચ્છેદનની કાર્યપ્રણાલી.
(અભ્યાસ અને આકૃતિ: Tyurnina et al., 2020)
RuO2 સ્તરવિચ્છેદન માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ
ઉચ્ચ ગુણવત્તાની રુથેનિયમ ઑક્સાઇડ નેનોશીટ્સ અને અન્ય ઝીન્સના ઉત્પાદન માટે વિશ્વસનીય ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો જરૂરી છે. કંપવિસ્તાર, દબાણ અને તાપમાન આવશ્યક પરિમાણો છે, જે પુનરુત્પાદનીયતા અને એકસમાન ઉત્પાદન માટે નિર્ણાયક છે. Hielscher Ultrasonics પ્રોસેસર્સ શક્તિશાળી અને ચોકસાઈથી નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી સિસ્ટમ્સ છે, જે પ્રક્રિયાનાં પરિમાણોની ચોક્કસ ગોઠવણી અને સતત ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ આઉટપુટ શક્ય બનાવે છે. Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ ખૂબ ઊંચા કંપવિસ્તારો આપી શકે છે. 24/7 કામગીરીમાં 200µm સુધીના કંપવિસ્તારો પર સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપવિસ્તારો માટે, જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની મજબૂતી ભારે કાર્યભાર હેઠળ અને પડકારજનક વાતાવરણમાં 24/7 કામગીરી શક્ય બનાવે છે.
અમારા ગ્રાહકો Hielscher Ultrasonics સિસ્ટમ્સની અસાધારણ મજબૂતી અને વિશ્વસનીયતાથી સંતુષ્ટ છે. ભારે કાર્યભારવાળા ઉપયોગક્ષેત્રોમાં (દા.ત., મોટા પાયે નેનોપદાર્થોની પ્રક્રિયા), પડકારજનક વાતાવરણમાં સ્થાપન અને 24/7 કામગીરી કાર્યક્ષમ અને આર્થિક પ્રક્રિયા સુનિશ્ચિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા તીવ્રીકરણ પ્રક્રિયાનો સમય ઘટાડે છે અને વધુ સારા પરિણામો, એટલે કે વધુ ઊંચી ગુણવત્તા, વધુ ઊંચી ઉપજ અને નવીન ઉત્પાદનો પ્રાપ્ત કરે છે.
ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇનના ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતી અને સરળ સંચાલન અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં સરળતાથી સંકલિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ કઠોર પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણનો સરળતાથી સામનો કરે છે.
Hielscher Ultrasonics એક ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી તથા વપરાશમાં સરળતા ધરાવતાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHsની જરૂરિયાતો પૂરી કરે છે.
નીચેનું કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 0.5 થી 1.5mL | n.a. | VialTweeter | 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 થી 150L | 3 થી 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલાં UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક પાયે મિશ્રણના ઉપયોગો, વિખેરણ, ઇમલ્સિફિકેશન અને નિષ્કર્ષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સ બનાવે છે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- 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.
Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સ પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધી બનાવે છે.