Nanosheets nanosheets monostrat oxid de ruteniu poate produce eficient folosind ultrasonication de tip sondă. Avantajele majore ale exfolierii nanosheet cu ultrasunete sunt eficiența procesului, randamente ridicate, tratament scurt și operare facile, în condiții de siguranță. Datorită eficienței sale ridicate și a calității superioare a nanosheets produse, Ultrasonication este utilizat pentru producția industrială de numeroase nanosheets, inclusiv grafen și borofen.

Exfolierea cu ultrasunete a nanosheets oxid de ruteniu

Nanosheets oxid rutean (RuO2, de asemenea, cunoscut sub numele de ruthenate) nanosheets oferă proprietăți unice, cum ar fi conductivitate ridicată, rezistivitate scăzută, stabilitate ridicată, funcție de lucru ridicat și susceptibilitate bună la gravură uscată. Acest lucru face ca oxidul de ruteniu să fie un material bun pentru electrozii din dispozitivele de memorie și tranzistori.

Imagini SEM de nanosheets RuO2 exfoliate folosind a) 1 minut și b) 7 minute de ultrasonication.
(studiu și imagini: ©Kim et al., 2021)

Studiu de caz: Exfoliere RuO2 extrem de eficientă folosind un ultrasonicator de tip sondă

Kim et al. (2021) a arătat în studiul lor îmbunătățirea semnificativă a exfolierii nanosheetsturi monostratului de oxid de ruteniu. Cercetătorul a creat randamente ridicate de foi subțiri de oxid de metal RuO2 folosind ultrasonication. Procesul convențional de intercalare prin reacții de schimb de ioni este lent și produce doar cantități limitate de nanosheets bidimensional (2D) datorită dimensiunii moleculelor și energiei chimice necesare pentru reacție. Pentru a face procesul mai rapid și pentru a crește cantitatea de nano-foi de oxid de ruteniu produse, au intensificat procesul de exfoliere prin aplicarea energiei cu ultrasunete la soluția de oxid RuO2. Ei au descoperit că, după doar 15 minute de sonicare, cantitatea de foi a crescut cu peste 50%, simultan dimensiunea laterală a foilor a scăzut. Calculele teoriei funcționale a densității au demonstrat că energia de activare a exfolierii este redusă semnificativ prin divizarea straturilor RuO2 într-o dimensiune laterală mică. Această reducere se întâmplă deoarece sonicare a ajutat pentru a rupe în afară straturile de oxid de metal mai ușor. Această cercetare subliniază că utilizarea ultrasunetelor este o modalitate bună și ușoară de a face nanosheets monostrat oxid de ruteniu. Acest lucru arată că un proces de schimb de ioni susținut cu ultrasunete oferă o abordare facilă și eficientă pentru fabricarea nanosheets oxid de metal 2D. Befits de exfoliere ultarsonic explica de ce exfoliere cu ultrasunete și delaminare este utilizat pe scară largă ca tehnică de producție pentru nanomateriale 2D, de asemenea, cunoscut sub numele de xenes, inclusiv grafen și borofen.

Exfolierea cu ultrasunete promovează producția extrem de eficientă și accelerată de nanosheets 2D oxid de ruteniu la scară largă
(studiu și imagini: ©Kim et al., 2021).

Protocolul pentru ultrasonically-asistată de oxid de ruteniu exfoliere

Următorul protocol este o instrucțiune pas cu pas pentru sintetizarea nanosheets RuO2 folosind procesul de reacție de schimb de ioni susținut cu ultrasunete, așa cum este descris de Kim et al. (2021).
 

1. Se prepară o soluție de RuO2 și un intercalant prin dizolvarea lor în solvent (2-propanol) și agitarea timp de până la 3 zile.
2. Aplicați energia cu ultrasunete folosind un ultrasonicator de tip sondă (de exemplu, ultrasonicator de tip sondă UP1000hdT (1000W, 20kHz) cu sonotrode BS4d22) la soluție timp de 15 minute pentru a crește randamentul nanosheets RuO2 cu peste 50% și pentru a împărți straturile RuO2 într-o dimensiune laterală uniform mică.
3. Utilizați calcule ale teoriei funcționale a densității pentru a confirma că energia de activare a exfolierii este redusă semnificativ.
4. Colectați nanosheet-urile RuO2 rezultate, care pot fi utilizate pentru diverse aplicații.

 
Simplitatea acestui protocol pentru exfolierea cu ultrasunete a nanosheets RuO2 subliniază beneficiile producției de nanosheet cu ultrasunete. Sonicare este o tehnică extrem de eficientă pentru a produce nanosheets nanosheets ruo2 monostrat de înaltă calitate, cu o grosime de aproximativ 1 nm. Protocolul s-a dovedit, de asemenea, a fi scalabil și reproductibil, ceea ce îl face potrivit pentru producția pe scară largă de nanosheets RuO2 pentru diverse aplicații în electronică, cataliza și stocarea energiei.

O secvență de mare viteză (de la a la f) de cadre care ilustrează exfolierea sono-mecanică a unui fulg de grafit în apă folosind UP200S, un ultrasonicator de 200W cu sonotrode de 3 mm. Săgețile arată locul despicării (exfolierea) cu bule de cavitație care penetrează despicarea.
(studiu și imagini: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonicators de înaltă performanță pentru exfoliere RuO2

Pentru producția de nano-foi de oxid de ruteniu de înaltă calitate și alte xenes, este necesar un echipament cu ultrasunete fiabil de înaltă performanță. Parametrii esențiali de amplitudine, presiune și temperatură, care sunt cruciali pentru reproductibilitate și produs consecvent. Hielscher Ultrasonics procesoare sunt sisteme puternice și precis controlabile, care permit setarea exactă a parametrilor de proces și ieșirea continuă cu ultrasunete de mare putere. Hielscher ultrasonicators industriale pot livra amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi rulate cu ușurință continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Clienții noștri sunt mulțumiți de robustețea și fiabilitatea remarcabilă a sistemelor Hielscher Ultrasonics. Instalarea în domenii de aplicare grele (de exemplu, prelucrarea nanomaterialelor la scară largă), medii solicitante și funcționare 24/7 asigură o prelucrare eficientă și economică. Intensificarea procesului cu ultrasunete reduce timpul de procesare și obține rezultate mai bune, adică o calitate mai mare, randamente mai mari, produse inovatoare.

Proiectare, Productie si Consultanta – Calitate fabricată în Germania

Ultrasonicators Hielscher sunt bine-cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și funcționarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicators noastre în instalații industriale. Condiții dure și medii solicitante sunt ușor de manevrat de ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și a pus un accent special pe ultrasonicators de înaltă performanță featuring tehnologie de ultimă oră și ușurința în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme cu CE și îndeplinesc cerințele ul, CSA și RoHs.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: