Lembaran Nano Rutenium Oksida melalui Eksfoliasi Ultrasonik

Lembaran nano rutenium oksida berlapis tunggal dapat diproduksi secara efisien menggunakan ultrasonikasi tipe probe. Keunggulan utama eksfoliasi lembaran nano secara ultrasonik adalah efisiensi proses, rendemen tinggi, waktu perlakuan singkat, serta pengoperasian yang mudah dan aman. Berkat efisiensinya yang tinggi dan kualitas unggul lembaran nano yang dihasilkan, ultrasonikasi digunakan untuk produksi berbagai lembaran nano secara industri, termasuk grafena dan borofena.

Eksfoliasi Ultrasonik Lembaran Nano Rutenium Oksida

Lembaran nano rutenium oksida (RuO2, juga dikenal sebagai rutenat) memiliki sifat unik seperti konduktivitas tinggi, resistivitas rendah, stabilitas tinggi, fungsi kerja tinggi, dan kemudahan untuk dietsa secara kering. Hal ini menjadikan rutenium oksida bahan yang baik untuk elektrode pada perangkat memori dan transistor.

Citra SEM lembaran nano RuO2 yang dieksfoliasi menggunakan ultrasonikasi selama a) 1 menit dan b) 7 menit.
(studi dan gambar: ©Kim et al., 2021)

Studi Kasus: Eksfoliasi RuO2 yang Sangat Efisien Menggunakan Ultrasonikator Tipe Probe

Kim et al. (2021) menunjukkan dalam studi mereka adanya peningkatan signifikan pada eksfoliasi lembaran nano rutenium oksida berlapis tunggal. Peneliti menghasilkan lembaran tipis oksida logam RuO2 dengan rendemen tinggi menggunakan ultrasonikasi. Proses interkalasi konvensional melalui reaksi pertukaran ion berlangsung lambat dan hanya menghasilkan lembaran nano dua dimensi (2D) dalam jumlah terbatas akibat ukuran molekul dan energi kimia yang diperlukan untuk reaksi tersebut. Untuk mempercepat proses dan meningkatkan jumlah lembaran nano rutenium oksida yang dihasilkan, mereka mengintensifkan proses eksfoliasi dengan menerapkan energi ultrasonik pada larutan oksida RuO2. Mereka menemukan bahwa setelah ultrasonikasi selama hanya 15 menit, jumlah lembaran meningkat lebih dari 50%, sementara ukuran lateral lembaran tersebut mengecil. Perhitungan teori fungsional kerapatan menunjukkan bahwa energi aktivasi eksfoliasi berkurang secara signifikan dengan memecah lapisan RuO2 menjadi ukuran lateral yang kecil. Pengurangan ukuran ini terjadi karena sonikasi membantu memisahkan lapisan oksida logam dengan lebih mudah. Penelitian ini menegaskan bahwa penggunaan ultrasonik merupakan cara yang baik dan mudah untuk membuat lembaran nano rutenium oksida berlapis tunggal. Hal ini menunjukkan bahwa proses pertukaran ion berbantuan ultrasonik menawarkan pendekatan yang mudah dan efisien untuk membuat lembaran nano oksida logam 2D. Manfaat eksfoliasi ultrasonik menjelaskan mengapa eksfoliasi dan delaminasi ultrasonik banyak digunakan sebagai teknik produksi nanomaterial 2D, yang juga dikenal sebagai xenes, termasuk grafena dan borofena.

Eksfoliasi ultrasonik mendukung produksi lembaran nano rutenium oksida 2D yang sangat efisien dan lebih cepat pada skala besar
(studi dan gambar: ©Kim et al., 2021).

Protokol Eksfoliasi Rutenium Oksida Berbantuan Ultrasonik

Protokol berikut merupakan petunjuk langkah demi langkah untuk menyintesis lembaran nano RuO2 menggunakan proses reaksi pertukaran ion berbantuan ultrasonik sebagaimana dijelaskan oleh Kim et al. (2021).
 

1. Siapkan larutan RuO2 dan zat interkalasi dengan melarutkan keduanya dalam pelarut (2-propanol) dan mengaduknya hingga 3 hari.
2. Terapkan energi ultrasonik menggunakan ultrasonikator tipe probe (misalnya, ultrasonikator tipe probe UP1000hdT (1000W, 20kHz) dengan sonotrode BS4d22) pada larutan selama 15 menit untuk meningkatkan rendemen lembaran nano RuO2 lebih dari 50% dan memecah lapisan RuO2 menjadi ukuran lateral yang kecil dan seragam.
3. Gunakan perhitungan teori fungsional kerapatan untuk mengonfirmasi bahwa energi aktivasi eksfoliasi berkurang secara signifikan.
4. Kumpulkan lembaran nano RuO2 yang dihasilkan, yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi.

 
Kesederhanaan protokol eksfoliasi ultrasonik lembaran nano RuO2 ini menegaskan manfaat produksi lembaran nano secara ultrasonik. Sonikasi merupakan teknik yang sangat efisien untuk menghasilkan lembaran nano RuO2 berlapis tunggal berkualitas tinggi dengan ketebalan sekitar 1 nm. Protokol ini juga terbukti dapat ditingkatkan skalanya dan direproduksi, sehingga cocok untuk produksi lembaran nano RuO2 pada skala besar untuk berbagai aplikasi dalam elektronika, katalisis, dan penyimpanan energi.
 
Baca lebih lanjut tentang Sintesis Sonokimia Serpihan Nano SnOx!
 

Rangkaian bingkai berkecepatan tinggi (dari a hingga f) yang menggambarkan eksfoliasi sonomekanis serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, ultrasonikator 200W dengan sonotrode 3-mm. Panah menunjukkan lokasi pemisahan (eksfoliasi) dengan gelembung kavitasi yang menembus celah pemisahan.
(studi dan gambar: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonikator Berkinerja Tinggi untuk Eksfoliasi RuO2

Untuk produksi lembaran nano rutenium oksida dan xenes lainnya yang berkualitas tinggi, diperlukan peralatan ultrasonik berkinerja tinggi yang andal. Amplitudo, tekanan, dan suhu merupakan parameter penting yang sangat menentukan reproduksibilitas dan konsistensi produk. Prosesor Hielscher Ultrasonics merupakan sistem bertenaga kuat yang dapat dikendalikan secara presisi, sehingga memungkinkan pengaturan parameter proses secara tepat dan keluaran ultrasonik berdaya tinggi secara kontinu. Ultrasonikator industri Hielscher dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dipertahankan secara kontinu dalam pengoperasian 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat khusus. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 dengan beban berat dan di lingkungan yang menuntut.
Pelanggan kami puas dengan ketangguhan dan keandalan sistem Hielscher Ultrasonics yang luar biasa. Pemasangannya pada bidang aplikasi dengan beban berat (misalnya, pemrosesan nanomaterial skala besar), lingkungan yang menuntut, dan pengoperasian 24/7 memastikan pemrosesan yang efisien dan ekonomis. Intensifikasi proses ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dan memberikan hasil yang lebih baik, yaitu kualitas lebih tinggi, rendemen lebih tinggi, dan produk inovatif.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonikator Hielscher terkenal dengan standar kualitas dan desain tertinggi. Ketangguhan dan kemudahan pengoperasian memungkinkan integrasi ultrasonikator kami ke dalam fasilitas industri dengan lancar. Kondisi berat dan lingkungan yang menuntut dapat ditangani dengan mudah oleh ultrasonikator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics merupakan perusahaan bersertifikasi ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonikator berkinerja tinggi yang dilengkapi teknologi mutakhir dan kemudahan penggunaan. Tentu saja, ultrasonikator Hielscher sesuai dengan ketentuan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA, dan RoHs.

Tabel di bawah memberikan gambaran tentang perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: