Nanoploče rutenij oksida putem ultrazvučnog pilinga
Jednoslojni nanoslojevi rutenij oksida mogu se učinkovito proizvesti korištenjem ultrazvučne sonde. Glavne prednosti ultrazvučne eksfolijacije nanoploča su učinkovitost procesa, visoki prinosi, kratki tretman i lak, siguran rad. Zbog visoke učinkovitosti i vrhunske kvalitete proizvedenih nanoploča, ultrazvuk se koristi za industrijsku proizvodnju brojnih nanoploča uključujući grafen i borofen.
Ultrazvučno ljuštenje nanoploča rutenij oksida
Nanoplohe od rutenijevog oksida (RuO2, poznate i kao rutenat) nude jedinstvena svojstva kao što su visoka vodljivost, niski otpor, visoka stabilnost, visoka radna funkcija i dobra osjetljivost na suho jetkanje. Zbog toga je rutenijev oksid dobar materijal za elektrode u memorijskim uređajima i tranzistorima.
SEM slike odljuštenih RuO2 nanoploča korištenjem a) 1 minute i b) 7 minuta ultrazvučne obrade.
(studija i slike: ©Kim et al., 2021.)
Industrijski energetski ultrazvučni sustav za industrijsku inline eksfolijaciju nanoploča rutenij oksida.
Studija slučaja: Visoko učinkovit RuO2 piling pomoću ultrazvučnog uređaja tipa sonde
Kim i sur. (2021) su u svojoj studiji pokazali značajno poboljšanje u ljuštenju jednoslojnih nanoslojeva rutenijevog oksida. Istraživač je pomoću ultrazvučne obrade stvorio tanke listove metalnog oksida RuO2 visoke učinkovitosti. Konvencionalni proces interkalacije kroz reakcije ionske izmjene spor je i proizvodi samo ograničene količine dvodimenzionalnih (2D) nanoploča zbog veličine molekula i kemijske energije potrebne za reakciju. Kako bi proces učinili bržim i povećali količinu proizvedenih nano ploča rutenij oksida, intenzivirali su proces eksfolijacije primjenom ultrazvučne energije na otopinu RuO2 oksida. Otkrili su da se nakon samo 15 minuta ultrazvučne obrade količina listova povećala za više od 50%, istovremeno se bočna veličina listova smanjila. Izračuni teorije funkcionalne gustoće pokazali su da je energija aktivacije eksfolijacije značajno smanjena cijepanjem slojeva RuO2 u male bočne veličine. Ovo smanjenje veličine događa se jer je sonikacija pomogla da se slojevi metalnog oksida lakše razbiju. Ovo istraživanje naglašava da je korištenje ultrazvuka dobar i jednostavan način za izradu jednoslojnih nanoslojeva rutenijevog oksida. Ovo pokazuje da proces ionske izmjene podržan ultrazvukom nudi lak i učinkovit pristup za izradu 2D nanoploča od metalnog oksida. Prednosti ultrazvučne eksfolijacije objašnjavaju zašto se ultrazvučna eksfolijacija i delaminacija naširoko koristi kao proizvodna tehnika za 2D nanomaterijale, također poznate kao kseni, uključujući grafen i borofen.
Ultrazvučni piling potiče visoko učinkovitu i ubrzanu proizvodnju 2D nanoploča rutenij oksida u velikoj mjeri
(studija i slike: ©Kim et al., 2021).
Ultrazvučno ljuštenje RuO2 nanoploča također se može izvesti u laboratorijskim razmjerima. Slika prikazuje ultrazvučni uređaj tipa sonde UP400St tijekom eksfolijacije nanolistova u čaši.
Protokol za ultrazvučno potpomognutu eksfolijaciju rutenij oksida
Sljedeći protokol je korak-po-korak upute za sintetiziranje RuO2 nanoploča korištenjem ultrazvučno podržanog procesa reakcije ionske izmjene kako je opisao Kim et al. (2021).
- Pripremite otopinu RuO2 i interkalanta njihovim otapanjem u otapalu (2-propanol) i miješanjem do 3 dana.
- Primijenite ultrazvučnu energiju pomoću ultrasonicatora tipa sonde (npr. ultrasonicator tipa sonde UP1000hdT (1000W, 20kHz) sa sonotrodom BS4d22) na otopinu tijekom 15 minuta kako biste povećali prinos RuO2 nanoploča za preko 50% i podijelili RuO2 slojeva u jednolično malu bočnu veličinu.
- Upotrijebite izračune teorije funkcionalne gustoće kako biste potvrdili da je energija aktivacije eksfolijacije značajno smanjena.
- Prikupite dobivene RuO2 nanoplohe koje se mogu koristiti za razne primjene.
Jednostavnost ovog protokola za ultrazvučno ljuštenje RuO2 nanoploča naglašava prednosti proizvodnje ultrazvučnih nanoploča. Sonikacija je vrlo učinkovita tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih jednoslojnih RuO2 nanoploča debljine približno 1 nm. Također je utvrđeno da je protokol skalabilan i ponovljiv, što ga čini prikladnim za veliku proizvodnju RuO2 nanoploča za različite primjene u elektronici, katalizi i pohrani energije.
Slijed velike brzine (od a do f) okvira koji ilustriraju sono-mehaničko ljuštenje grafitne pahuljice u vodi koristeći UP200S, ultrazvučni uređaj od 200 W sa sonotrodom od 3 mm. Strelice pokazuju mjesto rascjepa (eksfolijacije) s kavitacijskim mjehurićima koji prodiru kroz rascjep.
(studija i slike: © Tyurnina et al. 2020
Mehanizam ultrazvučnog ljuštenja 2D nanoploča.
(studija i grafički prikaz: Tyurnina et al., 2020.)
Ultrazvučni uređaji visokih performansi za RuO2 piling
Za proizvodnju visokokvalitetnih nano ploča od rutenij oksida i drugih ksena potrebna je pouzdana ultrazvučna oprema visokih performansi. Bitni parametri amplitude, tlaka i temperature koji su ključni za ponovljivost i konzistentan proizvod. Hielscher Ultrasonics procesori su moćni i precizno kontrolirani sustavi, koji omogućuju točno postavljanje parametara procesa i kontinuirani ultrazvučni izlaz velike snage. Hielscher industrijski ultrasonicators može isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednom robusnošću i pouzdanošću Hielscher Ultrasonics sustava. Instalacija u područjima teške primjene (npr. velika obrada nanomaterijala), zahtjevna okruženja i rad 24/7 osiguravaju učinkovitu i ekonomičnu obradu. Intenziviranjem ultrazvučnog procesa skraćuje se vrijeme obrade i postižu bolji rezultati, tj. veća kvaliteta, veći prinosi, inovativni proizvodi.
Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj
Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.