酸化ルテニウム単層ナノシートは、プローブ型超音波を用いて効率的に製造することができる。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、短い処理および容易で安全な操作である。その高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ます。

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、ルテニウム酸塩としても知られる)ナノシートは、高導電性、低抵抗率、高安定性、高仕事関数、乾燥エッチングに対する良好な感受性などの独自の特性を提供します。これにより、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になります。

a)1分およびb)7分の超音波を用いた剥離されたRuO2ナノシートのSEM画像。
(研究と写真:©キムら、2021年)

ケーススタディ:プローブ型超音波装置を使用した高効率RuO2剥離

(2021)は、彼らの研究で、酸化ルテニウム単層ナノシートの剥離の有意な改善を示しました。研究者は、超音波を使用して薄い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、反応に必要な分子のサイズと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しません。プロセスをより速くし、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適用することによって剥離プロセスを強化した。彼らは、超音波処理のわずか15分後、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したことを発見しました。密度汎関数理論の計算は、RuO2層を小さな横方向のサイズに分割することによって剥離の活性化エネルギーが大幅に減少することを示しました。このサイズ縮小は、超音波処理がより容易に金属酸化物の層を分解するのを助けたために起こる。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るための良いと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る。超音波剥離と層間剥離が、グラフェンやボロフェンを含むキ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、大規模で酸化ルテニウム2Dナノシートの高効率かつ加速生産を促進します
(研究と写真:©キムら、2021年)。

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ら(2021)によって記述されているように、超音波支持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ある。
 

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日間攪拌して溶液を調製します。
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)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方向の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していることを確認します。
4. 得られたRuO2ナノシートを収集し、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する。超音波処理は、約1nmの厚さを有する高品質の単層RuO2ナノシートを製造するための非常に効率的な技術である。このプロトコルは、スケーラブルで再現性があることもわかり、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向けのRuO2ナノシートの大規模生産に適しています。

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、3-mmソノトロードと200W超音波装置を使用して。 矢印は、キャビテーション気泡が分割を貫通する分割(剥離)の場所を示しています。
(研究と写真:© Tyurninaら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および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、温度は、再現性と一貫した製品にとって重要な必須パラメータです。ヒールシャー超音波プロセッサは、プロセスパラメータと連続高出力超音波出力の正確な設定を可能にする強力で正確に制御可能なシステムです。ヒールシャー産業用超音波処理器は、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動作で簡単に連続的に実行できます。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、ヘビーデューティと要求の厳しい環境で24/7操作を可能にします。
お客様は、ヒールシャー超音波システムの優れた堅牢性と信頼性に満足しています。ヘビーデューティアプリケーション(大規模なナノ材料処理など)、要求の厳しい環境、および24/7操作の分野での設置により、効率的で経済的な処理が保証されます。超音波プロセスの強化は、処理時間を短縮し、より良い結果、すなわち高品質、より高い収率、革新的な製品を達成します。

設計・製造・コンサルティング – ドイツ製の品質

ヒールシャー超音波処理器は、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処理器によって簡単に処理されます。

ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを備えた高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波処理器はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：