რუთენიუმის ოქსიდის ნანოფურცლები ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის გზით
რუთენიუმის ოქსიდის ერთშრიანი ნანოფურცლები შეიძლება ეფექტურად იქნას მიღებული ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით. ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის მთავარი უპირატესობებია პროცესის ეფექტურობა, მაღალი გამოსავლიანობა, დამუშავების მოკლე დრო და მარტივი, უსაფრთხო ექსპლუატაცია. მაღალი ეფექტურობისა და მიღებული ნანოფურცლების უმაღლესი ხარისხის გამო, ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება მრავალი ნანოფურცლის, მათ შორის გრაფენისა და ბოროფენის, სამრეწველო წარმოებისთვის.
რუთენიუმის ოქსიდის ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია
რუთენიუმის ოქსიდის (RuO2, ასევე ცნობილი როგორც რუთენატი) ნანოფურცლებს ახასიათებს უნიკალური თვისებები, როგორიცაა მაღალი ელექტროგამტარობა, დაბალი კუთრი წინაღობა, მაღალი სტაბილურობა, ელექტრონის გამოსვლის მაღალი მუშაობა და მშრალი ამოჭმისადმი კარგი დამყოლობა. ეს რუთენიუმის ოქსიდს კარგ მასალად აქცევს მეხსიერების მოწყობილობებისა და ტრანზისტორების ელექტროდებისთვის.
ექსფოლირებული RuO2 ნანოფურცლების SEM სურათები, მიღებული a) 1 წუთისა და b) 7 წუთის განმავლობაში ულტრაბგერითი დამუშავებით.
(კვლევა და სურათები: ©Kim et al., 2021)
სამრეწველო მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემა რუთენიუმის ოქსიდის ნანოფურცლების სამრეწველო გამტარ ნაკადში ექსფოლიაციისთვის.
კვლევის მაგალითი: RuO2-ის მაღალეფექტური ექსფოლიაცია ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით
Kim et al. (2021) თავიანთ კვლევაში აჩვენეს რუთენიუმის ოქსიდის ერთშრიანი ნანოფურცლების ექსფოლიაციის მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება. მკვლევარებმა ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით მიიღეს RuO2 ლითონის ოქსიდის თხელი ფურცლები მაღალი გამოსავლიანობით. იონური გაცვლის რეაქციებზე დაფუძნებული ტრადიციული ინტერკალაციის პროცესი ნელია და მოლეკულების ზომისა და რეაქციისთვის საჭირო ქიმიური ენერგიის გამო მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობის ორგანზომილებიან (2D) ნანოფურცლებს წარმოქმნის. პროცესის დასაჩქარებლად და წარმოებული რუთენიუმის ოქსიდის ნანოფურცლების რაოდენობის გასაზრდელად, მათ გააძლიერეს ექსფოლიაციის პროცესი RuO2 ოქსიდის ხსნარზე ულტრაბგერითი ენერგიის მოქმედებით. მათ აღმოაჩინეს, რომ ულტრაბგერითი დამუშავების მხოლოდ 15 წუთის შემდეგ ფურცლების რაოდენობა გაიზარდა 50%-ზე მეტით, პარალელურად კი ფურცლების განივი ზომა შემცირდა. სიმკვრივის ფუნქციონალის თეორიაზე დაფუძნებულმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ექსფოლიაციის აქტივაციის ენერგია მნიშვნელოვნად მცირდება RuO2 შრეების მცირე განივი ზომის ნაწილებად დაყოფით. ზომის ეს შემცირება ხდება იმის გამო, რომ ულტრაბგერითმა დამუშავებამ ხელი შეუწყო ლითონის ოქსიდის შრეების უფრო მარტივად დაშლას. ეს კვლევა ხაზს უსვამს, რომ ულტრაბგერის გამოყენება კარგი და მარტივი გზაა რუთენიუმის ოქსიდის ერთშრიანი ნანოფურცლების მისაღებად. ეს აჩვენებს, რომ ულტრაბგერით ხელშეწყობილი იონური გაცვლის პროცესი წარმოადგენს მარტივ და ეფექტურ მიდგომას 2D ლითონის ოქსიდის ნანოფურცლების წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის სარგებელი ხსნის, თუ რატომ გამოიყენება ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია და დელამინაცია ფართოდ 2D ნანომასალების, ასევე ცნობილი როგორც ქსენების, მათ შორის გრაფენისა და ბოროფენის, წარმოების ტექნიკად.
ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია ხელს უწყობს რუთენიუმის ოქსიდის 2D ნანოფურცლების მაღალეფექტურ და დაჩქარებულ წარმოებას დიდი მასშტაბით
(კვლევა და სურათები: ©Kim et al., 2021).
RuO2 ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია შესაძლებელია ლაბორატორიულ მასშტაბზეც. სურათზე ნაჩვენებია ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატი UP400St ნანოფურცლების ექსფოლიაციის დროს ქიმიურ ჭიქაში.
ულტრაბგერითი მხარდაჭერით რუთენიუმის ოქსიდის ექსფოლიაციის პროტოკოლი
ქვემოთ მოცემული პროტოკოლი არის ნაბიჯ-ნაბიჯ ინსტრუქცია RuO2 ნანოფურცლების სინთეზისთვის ულტრაბგერით ხელშეწყობილი იონური გაცვლის რეაქციის პროცესის გამოყენებით, როგორც ეს აღწერილია Kim et al. (2021)-ის მიერ.
- მოამზადეთ RuO2-ისა და ინტერკალანტის ხსნარი მათი გამხსნელში (2-პროპანოლი) გახსნით და 3 დღემდე მორევით.
- იმოქმედეთ ხსნარზე ულტრაბგერითი ენერგიით ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით (მაგ., ზონდური ტიპის ულტრაბგერითი აპარატი UP1000hdT (1000W, 20kHz) სონოტროდით BS4d22) 15 წუთის განმავლობაში, რათა RuO2 ნანოფურცლების გამოსავლიანობა გაიზარდოს 50%-ზე მეტით და RuO2 შრეები დაიყოს თანაბრად მცირე განივი ზომის ნაწილებად.
- გამოიყენეთ სიმკვრივის ფუნქციონალის თეორიაზე დაფუძნებული გამოთვლები, რათა დადასტურდეს, რომ ექსფოლიაციის აქტივაციის ენერგია მნიშვნელოვნად შემცირდა.
- შეაგროვეთ მიღებული RuO2 ნანოფურცლები, რომლებიც შეიძლება გამოიყენებოდეს სხვადასხვა დანიშნულებით.
RuO2 ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის ამ პროტოკოლის სიმარტივე ხაზს უსვამს ნანოფურცლების ულტრაბგერითი წარმოების სარგებელს. ულტრაბგერითი დამუშავება არის მაღალეფექტური ტექნიკა მაღალი ხარისხის ერთშრიანი RuO2 ნანოფურცლების მისაღებად, დაახლოებით 1 nm სისქით. პროტოკოლი ასევე აღმოჩნდა მასშტაბირებადი და განმეორებადი, რაც მას შესაფერისს ხდის RuO2 ნანოფურცლების მასშტაბური წარმოებისთვის სხვადასხვა დანიშნულებით ელექტრონიკაში, კატალიზსა და ენერგიის შენახვაში.
წაიკითხეთ მეტი SnOx ნანოფანტელების სონოქიმიური სინთეზის შესახებ!
მაღალსიჩქარიანი გადაღების კადრების თანმიმდევრობა (a-დან f-მდე), რომელიც ასახავს გრაფიტის ფანტელის სონომექანიკურ ექსფოლიაციას წყალში UP200S-ის, 200W ულტრაბგერითი აპარატის, გამოყენებით 3-mm სონოტროდით. ისრები აჩვენებს გახლეჩის (ექსფოლიაციის) ადგილს, სადაც ნაპრალში კავიტაციის ბუშტები აღწევს.
(კვლევა და სურათები: © Tyurnina et al. 2020
2D ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის მექანიზმი.
(კვლევა და გრაფიკა: Tyurnina et al., 2020)
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატები RuO2 ექსფოლიაციისთვის
მაღალი ხარისხის რუთენიუმის ოქსიდის ნანოფურცლებისა და სხვა ქსენების წარმოებისთვის საჭიროა საიმედო მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი აღჭურვილობა. ამპლიტუდა, წნევა და ტემპერატურა არის არსებითი პარამეტრები, რომლებიც გადამწყვეტია შედეგების განმეორებადობისა და პროდუქტის სტაბილური ხარისხისთვის. Hielscher Ultrasonics-ის პროცესორები არის მძლავრი და ზუსტად მართვადი სისტემები, რომლებიც უზრუნველყოფს პროცესის პარამეტრების ზუსტ დაყენებას და მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის უწყვეტ გამომუშავებას. Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერით აპარატებს შეუძლია ძალიან მაღალი ამპლიტუდების მიღწევა. 200µm-მდე ამპლიტუდით უწყვეტი მუშაობა მარტივად არის შესაძლებელი 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალური შეკვეთით დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა უზრუნველყოფს 24/7 ექსპლუატაციას მაღალი დატვირთვით და რთულ გარემოში.
ჩვენი მომხმარებლები კმაყოფილი არიან Hielscher Ultrasonics-ის სისტემების გამორჩეული გამძლეობითა და საიმედოობით. მათი გამოყენება მაღალი დატვირთვის სფეროებში (მაგ., ნანომასალების ფართომასშტაბიანი დამუშავება), რთულ გარემოში და 24/7 რეჟიმში უზრუნველყოფს ეფექტურ და ეკონომიურ დამუშავებას. ულტრაბგერით პროცესის ინტენსიფიკაცია ამცირებს დამუშავების დროს და უზრუნველყოფს უკეთეს შედეგებს, ანუ უფრო მაღალ ხარისხს, უფრო მაღალ გამოსავლიანობას და ინოვაციურ პროდუქტებს.
დიზაინი, წარმოება და კონსულტირება – გერმანიაში შექმნილი ხარისხი
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ცნობილია თავიანთი უმაღლესი ხარისხითა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი ექსპლუატაცია უზრუნველყოფს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების შეუფერხებელ ინტეგრაციას სამრეწველო ობიექტებში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ადვილად უმკლავდება მძიმე პირობებსა და რთულ გარემოს.
Hielscher Ultrasonics არის ISO-ს მიხედვით სერტიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებულ ყურადღებას აქცევს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით აპარატებს, რომლებსაც ახასიათებს უახლესი ტექნოლოგია და გამოყენების სიმარტივე. რა თქმა უნდა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები შეესაბამება CE-ს და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატების დაახლოებით დამუშავების მასშტაბებზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის დანიშნულებით, დისპერსიისთვის, ემულსიფიკაციისთვის და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- Kim, Se Yun; Kim, Sang-il; Kim, Mun Kyoung; Kim, Jinhong; Mizusaki, Soichiro; Ko, Dong-Su; Jung, Changhoon; Yun, Dong-Jin; Roh, Jong Wook; Kim, Hyun-Sik; Sohn, Hiesang; Lim, Jong-Hyeong; Oh, Jong-Min; Jeong, Hyung Mo; Shin, Weon Ho, (2021): Ultrasonic Assisted Exfoliation for Efficient Production of RuO2 Monolayer Nanosheets. Inorganic Chemistry Frontiers 2021.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული მასშტაბი დან სამრეწველო ზომამდე.