Монослойные нанолисты оксида рутения могут эффективно производиться с использованием ультразвука зондового типа. Основными преимуществами ультразвукового отшелушивания нанолистов являются эффективность процесса, высокая производительность, короткая обработка и легкая, безопасная работа. Благодаря своей высокой эффективности и превосходному качеству производимых нанолистов, ультразвук используется для промышленного производства многочисленных нанолистов, включая графен и борофен.

Ультразвуковое отшелушивание нанолистов оксида рутения

Нанолисты оксида рутения (RuO2, также известный как рутенат) обладают уникальными свойствами, такими как высокая проводимость, низкое удельное сопротивление, высокая стабильность, высокая рабочая функция и хорошая восприимчивость к сухому травлению. Это делает оксид рутения хорошим материалом для электродов в устройствах памяти и транзисторах.

Изображения SEM отслоенных нанолистов RuO2 с использованием: а) 1 минуты и б) 7 минут ультразвука.
(исследование и фотографии: ©Kim et al., 2021)

Тематическое исследование: высокоэффективное отшелушивание RuO2 с использованием ультразвукового аппарата зондового типа

Kim et al. (2021) показали в своем исследовании значительное улучшение отшелушивания монослойных нанолистов оксида рутения. Исследователь создал высокие выходы тонких листов оксида металла RuO2 с использованием ультразвука. Обычный процесс интеркаляции посредством ионообменных реакций происходит медленно и производит только ограниченное количество двумерных (2D) нанолистов из-за размера молекул и химической энергии, необходимых для реакции. Чтобы ускорить процесс и увеличить количество производимых нанолистов оксида рутения, они интенсифицировали процесс отшелушивания, применяя ультразвуковую энергию к раствору оксида RuO2. Они обнаружили, что всего через 15 минут ультразвука количество листов увеличилось более чем на 50%, одновременно уменьшился боковой размер листов. Расчеты теории функционала плотности показали, что энергия активации отшелушивания значительно снижается при расщеплении слоев RuO2 на небольшой боковой размер. Это уменьшение размера происходит потому, что обработка ультразвуком помогла легче разрушить слои оксида металла. Это исследование подчеркивает, что использование ультразвука является хорошим и простым способом создания монослойных нанолистов оксида рутения. Это показывает, что процесс ионного обмена с ультразвуковой поддержкой предлагает простой и эффективный подход к изготовлению 2D-нанолистов оксида металла. Преимущества ультарзвукового отшелушивания объясняют, почему ультразвуковое отшелушивание и расслаивание широко используется в качестве технологии производства 2D-наноматериалов, также известных как ксены, включая графен и борофен.

Ультразвуковое отшелушивание способствует высокоэффективному и ускоренному производству 2D-нанолистов оксида рутения в больших масштабах
(исследование и фотографии: ©Kim et al., 2021).

Протокол ультразвукового отшелушивания оксида рутения

Следующий протокол представляет собой пошаговую инструкцию по синтезу нанолистов RuO2 с использованием процесса реакции ионного обмена с ультразвуковой поддержкой, как описано Kim et al. (2021).
 

1. Приготовьте раствор RuO2 и интеркаланта, растворив их в растворителе (2-пропаноле) и помешивая до 3 дней.
2. Примените ультразвуковую энергию с помощью ультразвукового аппарата зондового типа (например, ультразвуковой аппарат зондового типа UP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) с сонотродом BS4d22) к раствору в течение 15 минут, чтобы увеличить выход нанолистов RuO2 более чем на 50% и разделить слои RuO2 на равномерно маленький боковой размер.
3. Используйте расчеты теории функционала плотности, чтобы подтвердить, что энергия активации отшелушивания значительно снижается.
4. Соберите полученные нанолисты RuO2, которые можно использовать для различных применений.

 
Простота этого протокола для ультразвукового отшелушивания нанолистов RuO2 подчеркивает преимущества ультразвукового производства нанолистов. Обработка ультразвуком является высокоэффективным методом производства высококачественных монослойных нанолистов RuO2 толщиной около 1 нм. Также было обнаружено, что протокол является масштабируемым и воспроизводимым, что делает его пригодным для крупномасштабного производства нанолистов RuO2 для различных применений в электронике, катализе и хранении энергии.

Высокоскоростная последовательность (от a до f) кадров, иллюстрирующих сономеханическое отшелушивание графитовой чешуйки в воде с использованием UP200S, ультразвукового аппарата мощностью 200 Вт с 3-мм сонотродом. Стрелками показано место расщепления (отшелушивания) с проникающими в расщепление кавитационными пузырьками.
(исследование и фотографии: © Tyurnina et al. 2020

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для отшелушивания RuO2

Для производства высококачественных нанолистов оксида рутения и других ксенов требуется надежное высокопроизводительное ультразвуковое оборудование. Амплитуда, давление и температура являются основными параметрами, которые имеют решающее значение для воспроизводимости и однородности продукта. Ультразвуковые процессоры Hielscher представляют собой мощные и точно управляемые системы, которые позволяют точно настраивать параметры процесса и непрерывно выводить ультразвуковой сигнал высокой мощности. Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200 мкм могут легко непрерывно работать в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях и в сложных условиях.
Наши клиенты довольны исключительной прочностью и надежностью ультразвуковых систем Hielscher. Установка в тяжелых условиях эксплуатации (например, крупномасштабная обработка наноматериалов), в сложных условиях и работа в режиме 24/7 обеспечивают эффективную и экономичную обработку. Ультразвуковая интенсификация процесса сокращает время обработки и позволяет достичь лучших результатов, т.е. более высокого качества, более высоких выходов, инновационных продуктов.

Проектирование, производство и консалтинг – Качество Сделано в Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своим высочайшим качеством и стандартами дизайна. Надежность и простота в эксплуатации обеспечивают плавную интеграцию наших ультразвуковых аппаратов в промышленные объекты. Жесткие условия и требовательные условия легко обрабатываются ультразвуковыми аппаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, оснащенным самыми современными технологиями и удобством для пользователя. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов: