ננו-יריעות חד-שכבתיות של תחמוצת רותניום יכולות להיות מיוצרות ביעילות באמצעות אולטרה-סוניקציה מסוג בדיקה. היתרונות העיקריים של פילינג ננו-גיליונות על-קולי הם יעילות תהליכים, תפוקות גבוהות, טיפול קצר והפעלה קלה ובטוחה. בשל יעילותו הגבוהה ואיכות מעולה של ננו-יריעות המיוצרות, אולטרסוניקציה משמשת לייצור תעשייתי של ננו-יריעות רבות, כולל גרפן ובורופן.

פילינג קולי של ננו-יריעות תחמוצת רותניום

ננו-יריעות תחמוצת רותניום (RuO2, הידוע גם בשם רותנאט) מציעות תכונות ייחודיות כגון מוליכות גבוהה, התנגדות נמוכה, יציבות גבוהה, תפקוד עבודה גבוה ורגישות טובה לחריטה יבשה. זה הופך את תחמוצת רותניום לחומר טוב לאלקטרודות בהתקני זיכרון וטרנזיסטורים.

תמונות SEM של ננו-יריעות RuO2 מקלפות באמצעות א) דקה אחת וב) 7 דקות של אולטרסאונד.
(מחקר ותמונות: ©קים ואחרים, 2021)

מקרה בוחן: פילינג RuO2 יעיל במיוחד באמצעות אולטרסאונד מסוג בדיקה

Kim et al. (2021) הראו במחקרם את השיפור המשמעותי בקילוף של ננו-יריעות חד-שכבתיות של תחמוצת רותניום. החוקר יצר תשואות גבוהות של יריעות תחמוצת מתכת RuO2 דקות באמצעות אולטרסוניקציה. תהליך האינטרקלציה הקונבנציונלי באמצעות תגובות חילופי יונים הוא איטי ומייצר רק כמויות מוגבלות של ננו-יריעות דו-ממדיות (דו-ממדיות) בשל גודל המולקולות והאנרגיה הכימית הדרושה לתגובה. על מנת להפוך את התהליך למהיר יותר ולהגדיל את כמות ננו-יריעות תחמוצת רותניום המיוצרות, הם הגבירו את תהליך הפילינג על ידי החלת אנרגיית אולטרסאונד לתמיסה של תחמוצת RuO2. הם מצאו כי לאחר 15 דקות בלבד של אולטרסוניקציה, כמות הסדינים גדלה ביותר מ -50%, בו זמנית הגודל הרוחבי של הסדינים ירד. חישובי תורת פונקציונל הצפיפות הראו כי אנרגיית ההפעלה של פילינג מופחתת באופן משמעותי על ידי פיצול שכבות RuO2 לגודל צדדי קטן. הפחתה זו מתרחשת מכיוון שהסוניקציה עזרה לפרק את שכבות תחמוצת המתכת ביתר קלות. מחקר זה מדגיש כי שימוש באולטרסאונד הוא דרך טובה וקלה ליצור ננו-יריעות חד-שכבתיות של תחמוצת רותניום. זה מראה שתהליך החלפת יונים הנתמך על-ידי על-קולי מציע גישה קלה ויעילה לייצור ננו-יריעות דו-ממדיות של תחמוצת מתכת. ההתאמה לפילינג אולטרסוני מסבירה מדוע פילינג על-קולי ודלמינציה נמצאים בשימוש נרחב כטכניקת ייצור עבור ננו-חומרים דו-ממדיים, הידועים גם בשם xenes, כולל גרפן ובורופן.

פילינג קולי מקדם את הייצור היעיל והמואץ ביותר של ננו-יריעות דו-ממדיות של תחמוצת רותניום בקנה מידה גדול
(מחקר ותמונות: ©קים ואחרים, 2021).

פרוטוקול לפילינג תחמוצת רותניום בסיוע אולטרה-סאונד

הפרוטוקול הבא הוא הוראה שלב אחר שלב לסינתזה של ננו-יריעות RuO2 באמצעות תהליך תגובת חילופי יונים נתמך באולטרסאונד כפי שמתואר על ידי קים ואחרים (2021).
 

1. הכינו תמיסה של RuO2 ואינטרקלנט על ידי המסתם בממס (2-פרופנול) וערבוב עד 3 ימים.
2. החל אנרגיית אולטרסאונד באמצעות אולטרסוניקטור מסוג בדיקה (למשל, אולטרסוניקטור מסוג בדיקה UP1000hdT (1000W, 20kHz) עם סונוטרודה BS4d22) לתמיסה למשך 15 דקות על מנת להגדיל את התפוקה של ננו-יריעות RuO2 ביותר מ-50% ולפצל את שכבות RuO2 לגודל רוחבי קטן באופן אחיד.
3. השתמש בחישובי תורת פונקציונליות הצפיפות כדי לאשר שאנרגיית ההפעלה של פילינג מופחתת באופן משמעותי.
4. אסוף את ננו-גיליונות RuO2 המתקבלים, אשר ניתן להשתמש בהם עבור יישומים שונים.

 
הפשטות של פרוטוקול זה עבור פילינג קולי של ננו-יריעות RuO2 מדגישה את היתרונות של ייצור ננו-יריעות על-קוליות. סוניקציה היא טכניקה יעילה ביותר לייצור ננו-יריעות RuO2 חד-שכבתיות באיכות גבוהה בעובי של כ-1 ננומטר. הפרוטוקול נמצא גם ניתן להרחבה ולשחזור, מה שהופך אותו מתאים לייצור בקנה מידה גדול של ננו-יריעות RuO2 ליישומים שונים באלקטרוניקה, קטליזה ואחסון אנרגיה.

רצף מהיר (מ-a עד f) של פריימים הממחישים פילינג סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200S, אולטרה-סאונד 200W עם סונוטרודה 3 מ"מ. חצים מראים את מקום הפיצול (פילינג) עם בועות קוויטציה החודרות לפיצול.
(מחקר ותמונות: © Tyurnina et al. 2020

ביצועים גבוהים Ultrasonicators עבור פילינג RuO2

לייצור ננו-גיליונות תחמוצת רותניום באיכות גבוהה וקסנים אחרים, נדרש ציוד קולי אמין בעל ביצועים גבוהים. פרמטרים חיוניים למשרעת, לחץ וטמפרטורה, החיוניים לשחזור ולמוצר עקבי. מעבדי Hielscher Ultrasonics הם מערכות חזקות וניתנות לשליטה מדויקת, המאפשרות הגדרה מדויקת של פרמטרים בתהליך ופלט אולטרסאונד מתמשך בעוצמה גבוהה. Hielscher תעשייתי ultrasonicators יכול לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. החוסן של ציוד קולי Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בתפקיד כבד בסביבות תובעניות.
הלקוחות שלנו מרוצים על ידי חוסן יוצא דופן ואמינות של מערכות Hielscher Ultrasonics. ההתקנה בתחומים של יישומים כבדים (למשל, עיבוד ננו-חומרים בקנה מידה גדול), סביבות תובעניות ותפעול 24/7 מבטיחים עיבוד יעיל וחסכוני. העצמת תהליכים אולטראסוניים מפחיתה את זמן העיבוד ומשיגה תוצאות טובות יותר, כלומר איכות גבוהה יותר, תפוקות גבוהות יותר, מוצרים חדשניים.

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher אולטראסוניקאטורים ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. עמידות ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסוניקאטורים שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים מחוספסים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי Hielscher אולטראסוניקאטורים.

Hielscher אולטרסוניקה היא חברה מוסמכת ISO ולשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים הכוללים טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher אולטרסוניקאטורים הם תואמי CE ועומדים בדרישות של UL, CSA ו- RoHs.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: