Ruténium-oxid egyrétegű nanolemezek hatékonyan előállíthatók szonda típusú ultrahangos kezeléssel. Az ultrahangos nanolemez hámlasztás fő előnyei a folyamat hatékonysága, a magas hozamok, a rövid kezelés és a felületes, biztonságos működés. A nagy hatékonyság és a kiváló minőségű előállított nanolemezek miatt az ultrahangos kezelést számos nanolemez ipari előállítására használják, beleértve a grafént és a borofént.

Ruténium-oxid nanolemezek ultrahangos hámlasztása

A ruténium-oxid (RuO2, más néven rutenát) nanolemezek olyan egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a magas vezetőképesség, az alacsony ellenállás, a nagy stabilitás, a magas munkafunkció és a száraz maratásra való jó érzékenység. Ez teszi a ruténium-oxidot jó anyaggá a memóriaeszközök és tranzisztorok elektródáihoz.

A hámlasztott RuO2 nanolemezek SEM képei a) 1 perc és b) 7 perc ultrahangos kezeléssel.
(tanulmány és képek: ©Kim et al., 2021)

Esettanulmány: Nagyon hatékony RuO2 hámlasztás szonda típusú ultrahangosítóval

Kim et al. (2021) tanulmányukban kimutatták a ruténium-oxid egyrétegű nanolemezek hámlásának jelentős javulását. A kutató ultrahangos kezeléssel magas hozamú vékony RuO2 fém-oxid lemezeket hozott létre. Az ioncserélő reakciókon keresztüli hagyományos interkalációs folyamat lassú, és csak korlátozott mennyiségű kétdimenziós (2D) nanolemezt hoz létre a molekulák mérete és a reakcióhoz szükséges kémiai energia miatt. Annak érdekében, hogy a folyamat gyorsabb legyen és növelje az előállított ruténium-oxid nanolemezek mennyiségét, fokozták a hámlasztási folyamatot azáltal, hogy ultrahangenergiát alkalmaztak a RuO2-oxid oldatára. Azt találták, hogy mindössze 15 perc ultrahangos kezelés után a lapok mennyisége több mint 50% -kal nőtt, egyidejűleg a lapok oldalmérete csökkent. A sűrűségfunkcionál-elmélet számításai azt mutatták, hogy a hámlasztás aktiválási energiája jelentősen csökken a RuO2 rétegek kis oldalméretre bontásával. Ez a méretcsökkentés azért történik, mert az ultrahangos kezelés segített könnyebben szétbontani a fém-oxid rétegeit. Ez a kutatás hangsúlyozza, hogy az ultrahang használata jó és egyszerű módja a ruténium-oxid egyrétegű nanolemezek előállításának. Ez azt mutatja, hogy az ultrahanggal támogatott ioncserélő folyamat könnyű és hatékony megközelítést kínál a 2D fém-oxid nanolemezek gyártásához. Az ultarszonikus hámlasztás illik megmagyarázza, hogy az ultrahangos hámlasztást és delaminációt széles körben használják 2D nanoanyagok, más néven xének, köztük grafén és borofén gyártási technikájaként.

Az ultrahangos hámlasztás elősegíti a ruténium-oxid 2D nanolemezek nagy léptékű hatékony és gyorsított előállítását
(tanulmány és képek: ©Kim et al., 2021).

Protokoll ultrahanggal segített ruténium-oxid hámláshoz

A következő protokoll lépésről lépésre szól a RuO2 nanolemezek szintetizálásához ultrahanggal támogatott ioncserélő reakció eljárással, Kim et al. (2021) leírása szerint.
 

1. Készítsünk RuO2 és interkaláns oldatot oldószerben (2-propanol) oldva és legfeljebb 3 napig keverve.
2. Alkalmazzon ultrahang energiát szonda típusú ultrahangos készülékkel (pl. Probe típusú ultrahangos készülék UP1000hdT (1000W, 20kHz) a BS4d22 szonotróddal) az oldathoz 15 percig, hogy növelje a RuO2 nanolemezek hozamát több mint 50% -kal, és ossza fel a RuO2 rétegeket egyenletesen kis oldalirányú méretre.
3. Használja a sűrűségfunkcionál-elmélet számításait annak megerősítésére, hogy a hámlasztás aktiválási energiája jelentősen csökken.
4. Gyűjtsük össze a kapott RuO2 nanolemezeket, amelyek különböző alkalmazásokhoz használhatók.

 
Ennek a protokollnak az egyszerűsége a RuO2 nanolemezek ultrahangos hámlasztására hangsúlyozza az ultrahangos nanolemez gyártás előnyeit. A szonikálás rendkívül hatékony technika kiváló minőségű egyrétegű RuO2 nanolemezek előállítására, amelyek vastagsága körülbelül 1 nm. A protokollt skálázhatónak és reprodukálhatónak találták, így alkalmas RuO2 nanolemezek nagyüzemi gyártására az elektronika, a katalízis és az energiatárolás különböző alkalmazásaihoz.

A képkockák nagy sebességű sorozata (a-tól f-ig), amely illusztrálja a grafitpehely vízben történő szonomechanikus hámlását az UP200S, egy 200 W-os ultrahangos készülék 3 mm-es sonotrode-val. A nyilak a hasítás (hámlás) helyét mutatják a hasításba behatoló kavitációs buborékokkal.
(tanulmány és képek: © Tyurnina et al. 2020

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek RuO2 hámlasztáshoz

Kiváló minőségű ruténium-oxid nanolemezek és más xének előállításához megbízható, nagy teljesítményű ultrahangos berendezésekre van szükség. Amplitúdó, nyomás és hőmérséklet alapvető paraméterek, amelyek döntő fontosságúak a reprodukálhatóság és a konzisztens termék szempontjából. A Hielscher Ultrasonics processzorok erőteljes és pontosan szabályozható rendszerek, amelyek lehetővé teszik a folyamatparaméterek pontos beállítását és a folyamatos, nagy teljesítményű ultrahang kimenetet. A Hielscher ipari ultrahangos készülékek nagyon nagy amplitúdókat tudnak biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezés robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működését nagy teherbírású és igényes környezetben.
Ügyfeleink elégedettek a Hielscher Ultrasonics rendszerek kiemelkedő robusztusságával és megbízhatóságával. A nagy igénybevételt jelentő alkalmazási területeken (pl. nagy léptékű nanoanyag-feldolgozás), a nagy igénybevételt jelentő környezetekben és a 24/7 működésben történő telepítés biztosítja a hatékony és gazdaságos feldolgozást. Az ultrahangos folyamat intenzívebbé tétele csökkenti a feldolgozási időt és jobb eredményeket ér el, azaz jobb minőséget, magasabb hozamot, innovatív termékeket.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Minőség Németországban

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és az egyszerű kezelés lehetővé teszi az ultrahangos készülékek zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A durva körülményeket és az igényes környezeteket a Hielscher ultrahangos készülékek könnyen kezelhetik.

A Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre, amelyek a legmodernebb technológiával és felhasználóbarátsággal rendelkeznek. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilisek és megfelelnek az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: