Nanosheets monolayer rutenium oksida dapat diproduksi secara efisien menggunakan ultrasonikasi tipe probe. Keuntungan utama dari pengelupasan nanosheet ultrasonik adalah efisiensi proses, hasil tinggi, perawatan singkat dan fasilitasi, operasi yang aman. Karena efisiensi tinggi dan kualitas unggul dari nanosheets yang dihasilkan, ultrasonication digunakan untuk produksi industri berbagai nanosheets termasuk graphene dan borophene.

Pengelupasan Ultrasonik Ruthenium Oxide Nanosheets

Nanosheet rutenium oksida (RuO2, juga dikenal sebagai rutenat) menawarkan sifat unik seperti konduktivitas tinggi, resistivitas rendah, stabilitas tinggi, fungsi kerja tinggi dan kerentanan yang baik terhadap etsa kering. Hal ini membuat rutenium oksida bahan yang baik untuk elektroda dalam perangkat memori dan transistor.

Gambar SEM dari nanosheets RuO2 terkelupas menggunakan a) 1 menit dan b) 7 menit ultrasonikasi.
(studi dan gambar: ©Kim et al., 2021)

Studi Kasus: Pengelupasan RuO2 yang Sangat Efisien menggunakan Probe-Type Ultrasonicator

Kim et al. (2021) menunjukkan dalam studi mereka peningkatan yang signifikan dalam pengelupasan nanosheets monolayer rutenium oksida. Peneliti menciptakan hasil tinggi dari lembaran oksida logam RuO2 tipis menggunakan ultrasonikasi. Proses interkalasi konvensional melalui reaksi pertukaran ion lambat dan hanya menghasilkan nanosheet dua dimensi (2D) dalam jumlah terbatas karena ukuran molekul dan energi kimia yang diperlukan untuk reaksi. Untuk membuat proses lebih cepat dan meningkatkan jumlah lembaran nano rutenium oksida yang diproduksi, mereka mengintensifkan proses pengelupasan kulit dengan menerapkan energi ultrasound ke larutan oksida RuO2. Mereka menemukan bahwa setelah hanya 15 menit ultrasonikasi, jumlah lembaran meningkat lebih dari 50%, secara bersamaan ukuran lateral lembaran menurun. Perhitungan teori fungsional kepadatan menunjukkan bahwa energi aktivasi pengelupasan berkurang secara signifikan dengan membagi lapisan RuO2 menjadi ukuran lateral kecil. Pengurangan ukuran ini terjadi karena sonikasi membantu memecah lapisan oksida logam lebih mudah. Penelitian ini menggarisbawahi bahwa menggunakan ultrasound adalah cara yang baik dan mudah untuk membuat nanosheet monolayer rutenium oksida. Ini menunjukkan bahwa proses pertukaran ion yang didukung ultrasonik menawarkan pendekatan yang mudah dan efisien untuk membuat nanosheet oksida logam 2D. Sebagaimana layaknya pengelupasan ultarsonik menjelaskan mengapa pengelupasan ultrasonik dan delaminasi banyak digunakan sebagai teknik produksi untuk nanomaterial 2D, juga dikenal sebagai xenes, termasuk graphene dan borophene.

Pengelupasan ultrasonik mempromosikan produksi nanosheets 2D rutenium oksida yang sangat efisien dan dipercepat dalam skala besar
(studi dan gambar: ©Kim et al., 2021).

Protokol untuk pengelupasan kulit Ruthenium Oxide ultrasonically dibantu

Protokol berikut adalah instruksi langkah demi langkah untuk mensintesis nanosheet RuO2 menggunakan proses reaksi pertukaran ion yang didukung secara ultrasonik seperti yang dijelaskan oleh Kim et al. (2021).
 

1. Siapkan larutan RuO2 dan interkalan dengan melarutkannya dalam pelarut (2-propanol) dan aduk hingga 3 hari.
2. Terapkan energi ultrasound menggunakan ultrasonikator tipe probe (misalnya, ultrasonikator tipe probe UP1000hdT (1000W, 20kHz) dengan sonotrode BS4d22) ke solusi selama 15 menit untuk meningkatkan hasil nanosheet RuO2 lebih dari 50% dan untuk membagi lapisan RuO2 menjadi ukuran lateral kecil yang seragam.
3. Gunakan perhitungan teori fungsional kepadatan untuk mengkonfirmasi energi aktivasi pengelupasan berkurang secara signifikan.
4. Kumpulkan nanosheet RuO2 yang dihasilkan, yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi.

 
Kesederhanaan protokol ini untuk pengelupasan ultrasonik nanosheet RuO2 menggarisbawahi manfaat produksi nanosheet ultrasonik. Sonikasi adalah teknik yang sangat efisien untuk menghasilkan nanosheet RuO2 monolayer berkualitas tinggi dengan ketebalan sekitar 1 nm. Protokol ini juga ditemukan dapat diskalakan dan dapat direproduksi, sehingga cocok untuk produksi nanosheet RuO2 skala besar untuk berbagai aplikasi dalam elektronik, katalisis, dan penyimpanan energi.

Urutan frame berkecepatan tinggi (dari a ke f) yang menggambarkan pengelupasan sono-mekanis dari serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, ultrasonikator 200W dengan sonotrode 3 mm. Panah menunjukkan tempat pemisahan (pengelupasan kulit) dengan gelembung kavitasi menembus perpecahan.
(studi dan gambar: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Pengelupasan RuO2

Untuk produksi lembaran nano rutenium oksida berkualitas tinggi dan xenes lainnya, diperlukan peralatan ultrasonik berkinerja tinggi yang andal. Parameter penting amplitudo, tekanan dan suhu, yang sangat penting untuk reproduktifitas dan produk yang konsisten. Prosesor Hielscher Ultrasonics adalah sistem yang kuat dan tepat dikontrol, yang memungkinkan pengaturan parameter proses yang tepat dan output ultrasound daya tinggi terus menerus. Ultrasonikator industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus dijalankan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk operasi 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Pelanggan kami puas dengan ketahanan yang luar biasa dan keandalan sistem Hielscher Ultrasonics. Instalasi di bidang aplikasi tugas berat (misalnya, pemrosesan nanomaterial skala besar), lingkungan yang menuntut dan operasi 24/7 memastikan pemrosesan yang efisien dan ekonomis. Intensifikasi proses ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dan mencapai hasil yang lebih baik, yaitu kualitas yang lebih tinggi, hasil yang lebih tinggi, produk inovatif.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas tertinggi dan standar desainnya. Kekokohan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi yang lancar dari ultrasonicators kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut mudah ditangani oleh ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan menempatkan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: