Rutēnija oksīda nanoloksnes, kas iegūtas ar ultraskaņas eksfoliāciju

Rutēnija oksīda vienslāņa nanoloksnes var efektīvi iegūt, izmantojot apstrādi ar zondes tipa ultraskaņas ierīci. Galvenās nanolokšņu ultraskaņas eksfoliācijas priekšrocības ir procesa efektivitāte, augsts iznākums, īss apstrādes laiks un vienkārša, droša ekspluatācija. Pateicoties augstajai efektivitātei un iegūto nanolokšņu izcilajai kvalitātei, apstrādi ar ultraskaņu izmanto dažādu nanolokšņu, tostarp grafēna un borofēna, rūpnieciskai ražošanai.

Rutēnija oksīda nanolokšņu ultraskaņas eksfoliācija

Rutēnija oksīda (RuO2, kas pazīstams arī kā rutenāts) nanoloksnēm piemīt unikālas īpašības, piemēram, augsta elektrovadītspēja, zema īpatnējā elektriskā pretestība, augsta stabilitāte, liels izejas darbs un laba pakļāvība sausajai kodināšanai. Tas padara rutēnija oksīdu par labu materiālu atmiņas ierīču un tranzistoru elektrodiem.

Eksfoliētu RuO2 nanolokšņu skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) attēli pēc a) 1 minūti un b) 7 minūtes ilgas apstrādes ar ultraskaņu.
(pētījums un attēli: ©Kim et al., 2021)

Pētījuma piemērs: ļoti efektīva RuO2 eksfoliācija ar zondes tipa ultraskaņas ierīci

Kim et al. (2021) savā pētījumā parādīja būtisku rutēnija oksīda vienslāņa nanolokšņu eksfoliācijas uzlabojumu. Pētnieks, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu, ieguva plānas RuO2 metāla oksīda loksnes ar augstu iznākumu. Tradicionālais interkalācijas process, kas norisinās jonu apmaiņas reakcijās, ir lēns un ļauj iegūt tikai ierobežotu daudzumu divdimensiju (2D) nanolokšņu molekulu izmēra un reakcijai nepieciešamās ķīmiskās enerģijas dēļ. Lai paātrinātu procesu un palielinātu iegūto rutēnija oksīda nanolokšņu daudzumu, pētnieki intensificēja eksfoliācijas procesu, pievadot ultraskaņas enerģiju RuO2 oksīda šķīdumam. Viņi konstatēja, ka jau pēc 15 minūšu ilgas apstrādes ar ultraskaņu lokšņu daudzums palielinājās par vairāk nekā 50%, vienlaikus samazinoties lokšņu laterālajiem izmēriem. Blīvuma funkcionāļa teorijas aprēķini parādīja, ka eksfoliācijas aktivācijas enerģija ievērojami samazinās, sadalot RuO2 slāņus daļās ar maziem laterālajiem izmēriem. Šī izmēru samazināšanās notiek tāpēc, ka apstrāde ar ultraskaņu palīdzēja vieglāk sadalīt metāla oksīda slāņus. Šis pētījums uzsver, ka ultraskaņas izmantošana ir labs un vienkāršs veids, kā iegūt rutēnija oksīda vienslāņa nanoloksnes. Tas parāda, ka ar ultraskaņu veicināts jonu apmaiņas process nodrošina vienkāršu un efektīvu pieeju 2D metāla oksīdu nanolokšņu izgatavošanai. Ultraskaņas eksfoliācijas priekšrocības izskaidro, kāpēc ultraskaņas eksfoliāciju un atslāņošanu plaši izmanto kā ražošanas metodi 2D nanomateriāliem, kas pazīstami arī kā ksēni, tostarp grafēnam un borofēnam.

Ultraskaņas eksfoliācija veicina ļoti efektīvu un paātrinātu rutēnija oksīda 2D nanolokšņu ražošanu lielā mērogā
(pētījums un attēli: ©Kim et al., 2021).

Ar ultraskaņu veicinātas rutēnija oksīda eksfoliācijas protokols

Tālāk sniegtais protokols ir pakāpeniska instrukcija RuO2 nanolokšņu sintezēšanai, izmantojot ar ultraskaņu veicinātu jonu apmaiņas reakcijas procesu, kā aprakstījuši Kim et al. (2021).
 

1. Sagatavojiet RuO2 un interkalanta šķīdumu, izšķīdinot tos šķīdinātājā (2-propanolā) un maisot līdz 3 dienām.
2. 15 minūtes pievadiet šķīdumam ultraskaņas enerģiju ar zondes tipa ultraskaņas ierīci (piemēram, zondes tipa ultraskaņas ierīci UP1000hdT (1000W, 20kHz) ar sonotrodi BS4d22), lai palielinātu RuO2 nanolokšņu iznākumu par vairāk nekā 50% un sadalītu RuO2 slāņus daļās ar vienmērīgi maziem laterālajiem izmēriem.
3. Izmantojiet blīvuma funkcionāļa teorijas aprēķinus, lai apstiprinātu, ka eksfoliācijas aktivācijas enerģija ir ievērojami samazināta.
4. Savāciet iegūtās RuO2 nanoloksnes, kuras var izmantot dažādiem lietojumiem.

 
Šī RuO2 nanolokšņu ultraskaņas eksfoliācijas protokola vienkāršība uzsver nanolokšņu ražošanas ar ultraskaņu priekšrocības. Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīva metode augstas kvalitātes vienslāņa RuO2 nanolokšņu iegūšanai ar aptuveni 1 nm biezumu. Tika arī konstatēts, ka protokols ir mērogojams un reproducējams, tāpēc tas ir piemērots RuO2 nanolokšņu ražošanai lielā mērogā dažādiem lietojumiem elektronikā, katalīzē un enerģijas uzkrāšanā.
 
Lasiet vairāk par SnOx nanopārslu sonoķīmisko sintēzi!
 

Ar lielu ātrumu uzņemtu kadru secība (no a līdz f), kas ilustrē grafīta pārslas sonomehānisku eksfoliāciju ūdenī, izmantojot UP200S – 200W ultraskaņas ierīci ar 3-mm sonotrodi. Bultiņas norāda šķelšanās (eksfoliācijas) vietu, kurā kavitācijas burbuļi iekļūst plaisā.
(pētījums un attēli: © Tyurnina et al. 2020

Augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces RuO2 eksfoliācijai

Augstas kvalitātes rutēnija oksīda nanolokšņu un citu ksēnu ražošanai ir nepieciešamas uzticamas augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas. Amplitūda, spiediens un temperatūra ir būtiski parametri, kam ir izšķiroša nozīme reproducējamībā un nemainīgu produkta īpašību nodrošināšanā. Hielscher Ultrasonics procesori ir jaudīgas un precīzi vadāmas sistēmas, kas ļauj precīzi iestatīt procesa parametrus un nepārtraukti nodrošināt lielas jaudas ultraskaņu. Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas ierīces var nodrošināt ļoti lielas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200µm var viegli uzturēt nepārtrauktā 24/7 darbības režīmā. Vēl lielākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj darboties 24/7 režīmā ar lielu slodzi un sarežģītos vides apstākļos.
Mūsu klienti ir apmierināti ar Hielscher Ultrasonics sistēmu izcilo izturību un uzticamību. Uzstādīšana lietojumos ar lielu slodzi (piemēram, nanomateriālu apstrādē lielā mērogā), sarežģītos vides apstākļos un darbība 24/7 režīmā nodrošina efektīvu un ekonomisku apstrādi. Procesa intensificēšana ar ultraskaņu samazina apstrādes laiku un nodrošina labākus rezultātus, proti, augstāku kvalitāti, lielāku iznākumu un inovatīvus produktus.

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas ierīces ir labi pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkārša ekspluatācija ļauj mūsu ultraskaņas ierīces nevainojami integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas ierīces viegli tiek galā ar skarbiem darba apstākļiem un sarežģītiem vides apstākļiem.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Tālāk esošā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu: