अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन द्वारा रुथेनियम ऑक्साइड नैनोशीट्स

प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेशन से रुथेनियम ऑक्साइड की एकल-परतीय नैनोशीट्स का कुशलतापूर्वक उत्पादन किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक नैनोशीट एक्सफोलिएशन के प्रमुख लाभ हैं प्रक्रिया की दक्षता, उच्च प्राप्ति, कम उपचार समय और सरल, सुरक्षित संचालन। इसकी उच्च दक्षता और उत्पादित नैनोशीट्स की उत्कृष्ट गुणवत्ता के कारण, अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग ग्राफीन और बोरोफीन सहित अनेक नैनोशीट्स के औद्योगिक उत्पादन के लिए किया जाता है।

रुथेनियम ऑक्साइड नैनोशीट्स का अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन

रुथेनियम ऑक्साइड (RuO2, जिसे रुथेनेट भी कहा जाता है) की नैनोशीट्स में उच्च विद्युत चालकता, निम्न विद्युत प्रतिरोधकता, उच्च स्थिरता, उच्च कार्य फलन और शुष्क उत्कीर्णन के प्रति अच्छी संवेदनशीलता जैसे विशिष्ट गुण होते हैं। इससे रुथेनियम ऑक्साइड मेमोरी उपकरणों और ट्रांजिस्टरों में इलेक्ट्रोड के लिए एक अच्छी सामग्री बन जाता है।

a) 1 मिनट और b) 7 मिनट के अल्ट्रासोनिकेशन से एक्सफोलिएट की गई RuO2 नैनोशीट्स के SEM चित्र।
(अध्ययन और चित्र: ©Kim et al., 2021)

केस अध्ययन: प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर से अत्यधिक कुशल RuO2 एक्सफोलिएशन

Kim et al. (2021) ने अपने अध्ययन में रुथेनियम ऑक्साइड की एकल-परतीय नैनोशीट्स के एक्सफोलिएशन में उल्लेखनीय सुधार दिखाया। शोधकर्ता ने अल्ट्रासोनिकेशन से पतली RuO2 धातु ऑक्साइड शीट्स की उच्च प्राप्ति हासिल की। आयन-विनिमय अभिक्रियाओं द्वारा होने वाली पारंपरिक अंतर्वेशन प्रक्रिया धीमी होती है और अणुओं के आकार तथा अभिक्रिया के लिए आवश्यक रासायनिक ऊर्जा के कारण द्वि-आयामी (2D) नैनोशीट्स की केवल सीमित मात्रा उत्पन्न करती है। प्रक्रिया को तेज करने और उत्पादित रुथेनियम ऑक्साइड नैनोशीट्स की मात्रा बढ़ाने के लिए, उन्होंने RuO2 ऑक्साइड के विलयन में अल्ट्रासाउंड ऊर्जा लगाकर एक्सफोलिएशन प्रक्रिया को तीव्र किया। उन्होंने पाया कि केवल 15 मिनट के अल्ट्रासोनिकेशन के बाद शीट्स की मात्रा 50% से अधिक बढ़ गई और साथ ही शीट्स का पार्श्व आकार कम हो गया। घनत्व फलनात्मक सिद्धांत की गणनाओं ने दर्शाया कि RuO2 परतों को छोटे पार्श्व आकार में विभाजित करने से एक्सफोलिएशन की सक्रियण ऊर्जा काफी कम हो जाती है। आकार में यह कमी इसलिए होती है क्योंकि सोनिकेशन ने धातु ऑक्साइड की परतों को अधिक आसानी से अलग करने में मदद की। यह शोध रेखांकित करता है कि अल्ट्रासाउंड का उपयोग रुथेनियम ऑक्साइड की एकल-परतीय नैनोशीट्स बनाने का एक अच्छा और आसान तरीका है। इससे पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक-सहायित आयन-विनिमय प्रक्रिया 2D धातु ऑक्साइड नैनोशीट्स बनाने के लिए एक सरल और कुशल तरीका प्रदान करती है। अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के लाभ स्पष्ट करते हैं कि ग्राफीन और बोरोफीन सहित 2D नैनोसामग्रियों, जिन्हें xenes भी कहा जाता है, के उत्पादन की तकनीक के रूप में अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन और परत-वियोजन का व्यापक रूप से उपयोग क्यों किया जाता है।

अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन बड़े पैमाने पर रुथेनियम ऑक्साइड की 2D नैनोशीट्स के अत्यधिक कुशल और त्वरित उत्पादन को बढ़ावा देता है
(अध्ययन और चित्र: ©Kim et al., 2021)।

अल्ट्रासोनिक-सहायित रुथेनियम ऑक्साइड एक्सफोलिएशन का प्रोटोकॉल

निम्नलिखित प्रोटोकॉल Kim et al. (2021) द्वारा वर्णित अल्ट्रासोनिक-सहायित आयन-विनिमय अभिक्रिया प्रक्रिया से RuO2 नैनोशीट्स के संश्लेषण के लिए चरणबद्ध निर्देश देता है।
 

1. RuO2 और एक अंतर्वेशक पदार्थ को विलायक (2-propanol) में घोलकर तथा अधिकतम 3 दिनों तक हिलाकर उनका विलयन तैयार करें।
2. RuO2 नैनोशीट्स की प्राप्ति को 50% से अधिक बढ़ाने और RuO2 परतों को एकसमान छोटे पार्श्व आकार में विभाजित करने के लिए, प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर (जैसे, सोनोट्रोड BS4d22 के साथ प्रोब-प्रकार का अल्ट्रासोनिकेटर UP1000hdT (1000W, 20kHz)) से विलयन में 15 मिनट तक अल्ट्रासाउंड ऊर्जा लगाएँ।
3. यह पुष्टि करने के लिए घनत्व फलनात्मक सिद्धांत की गणनाओं का उपयोग करें कि एक्सफोलिएशन की सक्रियण ऊर्जा काफी कम हो गई है।
4. प्राप्त RuO2 नैनोशीट्स एकत्र करें, जिनका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।

 
RuO2 नैनोशीट्स के अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन के इस प्रोटोकॉल की सरलता अल्ट्रासोनिक नैनोशीट उत्पादन के लाभों को रेखांकित करती है। सोनिकेशन लगभग 1 nm मोटाई वाली उच्च-गुणवत्ता की एकल-परतीय RuO2 नैनोशीट्स के उत्पादन की एक अत्यधिक कुशल तकनीक है। प्रोटोकॉल को बड़े पैमाने पर लागू करने योग्य और पुनरुत्पादनीय भी पाया गया, जिससे यह इलेक्ट्रॉनिक्स, उत्प्रेरण और ऊर्जा भंडारण में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए RuO2 नैनोशीट्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन हेतु उपयुक्त बनता है।
 
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पानी में ग्रेफाइट के एक शल्क के सोनो-यांत्रिक एक्सफोलिएशन को दर्शाने वाले फ़्रेमों का उच्च-गति क्रम (a से f तक), जिसमें 3-mm सोनोट्रोड वाले 200W अल्ट्रासोनिकेटर UP200S का उपयोग किया गया है। तीर विभाजन (एक्सफोलिएशन) का स्थान दिखाते हैं, जहाँ कैविटेशन बुलबुले दरार में प्रवेश कर रहे हैं।
(अध्ययन और चित्र: © Tyurnina et al. 2020

RuO2 एक्सफोलिएशन के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर

उच्च-गुणवत्ता वाली रुथेनियम ऑक्साइड नैनोशीट्स और अन्य xenes के उत्पादन के लिए विश्वसनीय, उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों की आवश्यकता होती है। आयाम, दाब और तापमान आवश्यक प्राचल हैं, जो पुनरुत्पादनीयता और एकसमान उत्पाद के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं। Hielscher Ultrasonics प्रोसेसर शक्तिशाली और सटीक रूप से नियंत्रित की जा सकने वाली प्रणालियाँ हैं, जो प्रक्रिया प्राचलों का सटीक निर्धारण और निरंतर उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड आउटपुट संभव बनाती हैं। Hielscher के औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 24/7 संचालन में 200µm तक के आयाम पर आसानी से निरंतर काम किया जा सकता है। इससे भी अधिक आयाम के लिए अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती भारी कार्यभार और चुनौतीपूर्ण परिवेश में 24/7 संचालन संभव बनाती है।
हमारे ग्राहक Hielscher Ultrasonics प्रणालियों की असाधारण मजबूती और विश्वसनीयता से संतुष्ट हैं। भारी कार्यभार वाले अनुप्रयोगों (जैसे, बड़े पैमाने पर नैनोसामग्री प्रसंस्करण) और चुनौतीपूर्ण परिवेश में स्थापना तथा 24/7 संचालन कुशल और किफायती प्रसंस्करण सुनिश्चित करते हैं। अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया तीव्रीकरण प्रसंस्करण समय कम करता है और बेहतर परिणाम प्राप्त करता है, अर्थात उच्चतर गुणवत्ता, अधिक प्राप्ति और नवोन्मेषी उत्पाद।

डिज़ाइन, विनिर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक संयंत्रों में सुगमता से एकीकृत करना संभव बनाते हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठोर परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण परिवेश में आसानी से काम करते हैं।

Hielscher Ultrasonics एक ISO-प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोगकर्ता-अनुकूलता वाले उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ज़ोर देती है। निःसंदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: