超音波剥離による酸化ルテニウムナノシート

酸化ルテニウム単層ナノシートは、プローブ型超音波処理を使用して効率的に製造できます。超音波ナノシート剥離の主な利点は、プロセス効率、高収率、短時間処理、および容易で安全な操作です。その高い効率と製造されたナノシートの優れた品質のために、超音波処理はグラフェンおよびボロフェンを含む多数のナノシートの工業生産に使用される。

酸化ルテニウムナノシートの超音波剥離

酸化ルテニウム(RuO2、ルテニウム酸としても知られる)ナノシートは、高導電性、低抵抗率、高安定性、高仕事関数、ドライエッチングに対する優れた感受性などの独自の特性を提供します。そのため、酸化ルテニウムはメモリデバイスやトランジスタの電極に適した材料となっています。

剥離したRuOのSEM画像2 a)1分およびb)7分間の超音波処理を使用したナノシート。
(研究と写真:©Kim et al., 2021)

ケーススタディ:高効率RuO2 プローブ型超音波装置を使用した剥離

Kim et al.(2021)は、彼らの研究で、酸化ルテニウム単分子ナノシートの剥離の大幅な改善を示しました。研究者は、超音波処理を使用して薄いRuO2金属酸化物シートの高収率を作成しました。イオン交換反応による従来のインターカレーションプロセスは遅く、分子のサイズと反応に必要な化学エネルギーのために、限られた量の2次元(2D)ナノシートしか生成されません。プロセスを高速化し、生成される酸化ルテニウムナノシートの量を増やすために、彼らはRuO2酸化物の溶液に超音波エネルギーを印加することにより、剥離プロセスを強化しました。彼らは、超音波処理のわずか15分後に、シートの量が50%以上増加し、同時にシートの横方向のサイズが減少することを発見しました。密度汎関数理論の計算により、RuO2層を小さな横サイズに分割することにより、剥離の活性化エネルギーが大幅に減少することが示されました。このサイズの縮小は、超音波処理が金属酸化物の層をより容易にバラバラにするのを助けたために起こります。この研究は、超音波を使用することが酸化ルテニウム単層ナノシートを作成するための優れた簡単な方法であることを強調しています。これは、超音波支持イオン交換プロセスが、2D金属酸化物ナノシートを製造するための容易で効率的なアプローチを提供することを示しています。超音波剥離の適合性は、超音波剥離と層間剥離が、グラフェンやボロフェンなどのゼセンとしても知られる2Dナノ材料の製造技術として広く使用されている理由を説明しています。

超音波剥離は、ルテニウム酸化物2Dナノシートの大規模で高効率かつ迅速な生産を促進します
(研究と写真:©Kim et al.、2021)。

超音波支援酸化ルテニウム剥離のためのプロトコル

以下のプロトコルは、Kim et al.(2021)が説明しているように、超音波で支持されたイオン交換反応プロセスを使用してRuO2ナノシートを合成するための段階的な指示です。
 

1. RuO2とインターカラントを溶媒(2-プロパノール)に溶解し、最大3日間撹拌することにより、溶液を調製します。
2. プローブ型超音波装置(例えば、プローブ型超音波装置UP1000hdT(1000W、20kHz)とソノトロードBS4d22)を使用して超音波エネルギーを溶液に15分間適用し、RuO2ナノシートの収率を50%以上増加させ、RuO2層を均一に小さな横サイズに分割します。
3. 密度汎関数理論の計算を使用して、剥離の活性化エネルギーが大幅に減少することを確認します。
4. 得られたRuO2ナノシートを回収し、さまざまな用途に使用できます。

 
RuO2ナノシートの超音波剥離のためのこのプロトコルの単純さは、超音波ナノシート製造の利点を強調しています。超音波処理は、厚さ約1nmの高品質の単層RuO2ナノシートを製造するための非常に効率的な技術です。また、このプロトコルはスケーラブルで再現性が高いこともわかっており、エレクトロニクス、触媒、エネルギー貯蔵のさまざまなアプリケーションのためのRuO2ナノシートの大規模生産に適していることがわかりました。

水中のグラファイトフレークのソノメカニカル剥離を示すフレームの高速シーケンス(aからfまで) UP200S、200mmソノトロードを備えた3W超音波装置を使用します。 矢印は、キャビテーションバブルがスプリットを貫通するスプリット(剥離)の場所を示しています。
(研究と写真:© Tyurnina et al. 2020

RuO2剥離のための高性能超音波装置

高品質の酸化ルテニウムナノシートやその他のキセンの製造には、信頼性の高い高性能超音波装置が必要です。振幅、圧力、温度の基本的なパラメータは、再現性と一貫した製品にとって重要です。ヒールシャー超音波プロセッサは、強力で正確に制御可能なシステムであり、プロセスパラメータの正確な設定と連続的な高出力超音波出力を可能にします。ヒールシャー工業用超音波装置は非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。ヒールシャー超音波装置の堅牢性は、ヘビーデューティで、要求の厳しい環境での24 / 7操作を可能にします。
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設計・製造・コンサルティング – 品質はドイツ製

ヒールシャー超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と簡単な操作により、当社の超音波装置を産業施設にスムーズに統合できます。過酷な条件と要求の厳しい環境は、ヒールシャー超音波装置によって容易に処理されます。

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以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。