초음파 박리를 통한 루테늄 산화물 나노 시트

루테늄 산화물 단층 나노 시트는 프로브 형 초음파를 사용하여 효율적으로 생산할 수 있습니다. 초음파 나노 시트 박리의 주요 장점은 공정 효율성, 높은 수율, 짧은 처리 및 쉽고 안전한 작동입니다. 생산 된 나노 시트의 높은 효율성과 우수한 품질로 인해 초음파는 그래 핀 및 보로펜을 포함한 수많은 나노 시트의 산업 생산에 사용됩니다.

루테늄 산화물 나노 시트의 초음파 박리

루테늄 산화물 (RuO2, 루테네이트라고도 함) 나노 시트는 높은 전도성, 낮은 저항률, 높은 안정성, 높은 작업 기능 및 건조 에칭에 대한 우수한 민감성과 같은 고유 한 특성을 제공합니다. 이것은 루테늄 산화물을 메모리 장치 및 트랜지스터의 전극에 좋은 재료로 만듭니다.

a) 1 분 및 b) 7 분의 초음파를 사용하여 박리 된 RuO2 나노 시트의 SEM 이미지.
(연구 및 사진: ©Kim et al., 2021)

사례 연구 : 프로브 형 초음파기를 사용한 고효율 RuO2 박리

Kim et al. (2021)은 그들의 연구에서 루테늄 산화물 단층 나노시트의 박리가 크게 개선되었음을 보여주었습니다. 연구원은 초음파를 사용하여 얇은 RuO2 금속 산화물 시트의 높은 수율을 만들었습니다. 이온 교환 반응을 통한 기존의 삽입 공정은 속도가 느리고 반응에 필요한 분자와 화학 에너지의 크기로 인해 제한된 양의 2차원(2D) 나노시트만 생성합니다. 공정을 더 빠르게 만들고 생산되는 루테늄 산화물 나노 시트의 양을 늘리기 위해 RuO2 산화물 용액에 초음파 에너지를 가하여 박리 과정을 강화했습니다. 그들은 초음파 처리 15 분 만에 시트의 양이 50 % 이상 증가했으며 동시에 시트의 측면 크기가 감소했음을 발견했습니다. 밀도 기능 이론 계산은 RuO2 층을 작은 측면 크기로 분할함으로써 박리의 활성화 에너지가 크게 감소한다는 것을 보여주었습니다. 이 크기 감소는 초음파 처리가 금속 산화물 층을보다 쉽게 분해하는 데 도움이되었기 때문에 발생합니다. 이 연구는 초음파를 사용하는 것이 루테늄 산화물 단층 나노시트를 만드는 훌륭하고 쉬운 방법임을 강조합니다. 이는 초음파 지원 이온 교환 공정이 2D 금속 산화물 나노시트를 제조하기 위한 쉽고 효율적인 접근 방식을 제공한다는 것을 보여줍니다. ultarsonic 박리의 장점은 초음파 박리 및 박리가 그래 핀 및 보로펜을 포함한 크세네스 (xenes)라고도하는 2D 나노 물질의 생산 기술로 널리 사용되는 이유를 설명합니다.

초음파 박리는 루테늄 산화물 2D 나노 시트의 고효율 및 가속화 된 생산을 대규모로 촉진합니다
(연구 및 사진: ©Kim et al., 2021).

초음파 보조 루테늄 산화물 박리를 위한 프로토콜

다음 프로토콜은 Kim et al. (2021)에서 설명한 바와 같이 초음파로 지원되는 이온 교환 반응 프로세스를 사용하여 RuO2 나노시트를 합성하기 위한 단계별 지침입니다.
 

1. RuO2와 간체의 용액을 용매(2-프로판올)에 용해시키고 최대 3일 동안 교반하여 준비합니다.
2. 프로브 형 초음파 발생기 (예 : 프로브 형 초음파기 UP1000hdT (1000W, 20kHz)와 sonotrode BS4d22)를 사용하여 초음파 에너지를 15 분 동안 용액에 적용하여 RuO2 나노 시트의 수율을 50 % 이상 높이고 RuO2 층을 균일하게 작은 측면 크기로 나눕니다.
3. 밀도 기능 이론 계산을 사용하여 박리 제거의 활성화 에너지가 크게 감소하는지 확인합니다.
4. 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 RuO2 나노시트를 수집합니다.

 
RuO2 나노시트의 초음파 박리를 위한 이 프로토콜의 단순성은 초음파 나노시트 생산의 이점을 강조합니다. 초음파 처리는 약 1nm 두께의 고품질 단층 RuO2 나노 시트를 생산하는 고효율 기술입니다. 이 프로토콜은 또한 확장 가능하고 재현 가능한 것으로 밝혀져 전자, 촉매 및 에너지 저장 분야의 다양한 응용 분야를 위한 RuO2 나노시트의 대규모 생산에 적합합니다.
 
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물에서 흑연 플레이크의 음파 기계적 박리를 보여주는 프레임의 고속 시퀀스(a에서 f까지) UP200S를 사용하여 200mm sonotrode가있는 3W 초음파기. 화살표는 캐비테이션 버블이 분할을 관통하는 분할(박리) 위치를 보여줍니다.
(연구 및 사진: © Tyurnina et al. 2020

RuO2 박리 제거를위한 고성능 초음파 발생기

고품질 루테늄 산화물 나노 시트 및 기타 크세네의 생산을 위해서는 신뢰할 수 있는 고성능 초음파 장비가 필요합니다. 진폭, 압력 및 온도의 필수 파라미터는 재현성과 일관된 제품에 매우 중요합니다. Hielscher 초음파 프로세서는 강력하고 정밀하게 제어 가능한 시스템으로, 공정 매개 변수의 정확한 설정과 지속적인 고출력 초음파 출력을 가능하게합니다. Hielscher 산업용 초음파는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 허용합니다.
우리의 고객은 Hielscher 초음파 시스템의 뛰어난 견고 함과 신뢰성에 만족하고 있습니다. 중장비 응용 분야(예: 대규모 나노 물질 처리), 까다로운 환경 및 24/7 작동 분야에 설치하여 효율적이고 경제적인 처리를 보장합니다. 초음파 공정 강화는 처리 시간을 단축하고 더 나은 결과, 즉 더 높은 품질, 더 높은 수율, 혁신적인 제품을 달성합니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.