Nanolisti rutenijevega oksida z ultrazvočnim pilingom
Enoslojni nanolisti rutenijskega oksida se lahko učinkovito proizvajajo z ultrazvokom tipa sonde. Glavne prednosti ultrazvočnega pilinga nanolistov so učinkovitost procesa, visoki donosi, kratka obdelava in enostavno, varno delovanje. Zaradi visoke učinkovitosti in vrhunske kakovosti proizvedenih nanolistov se ultrazvok uporablja za industrijsko proizvodnjo številnih nanolistov, vključno z grafenom in borofenom.
Ultrazvočni piling nanolistov rutenijevega oksida
Rutenijev oksid (RuO2, znan tudi kot rutenat) nanoplošče ponujajo edinstvene lastnosti, kot so visoka prevodnost, nizka upornost, visoka stabilnost, visoka delovna funkcija in dobra dovzetnost za suho jedkanje. Zaradi tega je rutenijev oksid dober material za elektrode v pomnilniških napravah in tranzistorjih.
SEM slike luščenih RuO2 nanolistov z uporabo a) 1 minute in b) 7 minut ultrazvočne obdelave.
(študija in slike: ©Kim et al., 2021)
Industrijski močni ultrazvočni sistem za industrijski inline piling nanolistov rutenijev oksid.
Študija primera: Visoko učinkovit piling RuO2 z uporabo ultrazvočnega aparata tipa sonde
Kim et al. (2021) so v svoji študiji pokazali znatno izboljšanje pilinga enoslojnih nanolistov rutenijevega oksida. Raziskovalec je ustvaril visoke donose tankih kovinskih oksidnih listov RuO2 z uporabo ultrazvoka. Konvencionalni proces interkalacije z reakcijami ionske izmenjave je počasen in proizvaja le omejene količine dvodimenzionalnih (2D) nanolistov zaradi velikosti molekul in kemijske energije, potrebne za reakcijo. Da bi pospešili postopek in povečali količino proizvedenih nanolistov rutenijevega oksida, so okrepili postopek pilinga z uporabo ultrazvočne energije na raztopino RuO2 oksida. Ugotovili so, da se je po samo 15 minutah ultrazvočne obdelave količina listov povečala za več kot 50%, hkrati pa se je stranska velikost listov zmanjšala. Izračuni teorije funkcij gostote so pokazali, da se aktivacijska energija pilinga znatno zmanjša z razdelitvijo plasti RuO2 na majhno stransko velikost. To zmanjšanje velikosti se zgodi, ker je ultrazvočno razbijanje pomagalo lažje razbiti plasti kovinskega oksida. Ta raziskava poudarja, da je uporaba ultrazvoka dober in enostaven način za izdelavo enoslojnih nanolistov rutenijev oksida. To kaže, da ultrazvočno podprt postopek ionske izmenjave ponuja enostaven in učinkovit pristop za izdelavo 2D nanolistov kovinskega oksida. Primeri ultarsoničnega pilinga pojasnjujejo, zakaj se ultrazvočni piling in razslojevanje pogosto uporablja kot proizvodna tehnika za 2D nanomateriale, znane tudi kot kseni, vključno z grafenom in borofenom.
Ultrazvočni piling spodbuja visoko učinkovito in pospešeno proizvodnjo 2D nanolistov rutenijevega oksida v velikem obsegu
(študija in slike: ©Kim et al., 2021).
Ultrazvočni piling RuO2 nanolistov se lahko izvede tudi na laboratorijski ravni. Na sliki je prikazan ultrazvočni zvočnik tipa sonde UP400St med pilingom nanolistov v čaši.
Protokol za ultrazvočno podprto piling rutenijevega oksida
Naslednji protokol je navodilo po korakih za sintezo nanolistov RuO2 z uporabo ultrazvočno podprtega procesa reakcije ionske izmenjave, kot opisuje Kim et al. (2021).
- Pripravimo raztopino RuO2 in interkalanta tako, da ju raztopimo v topilu (2-propanol) in mešamo do 3 dni.
- Ultrazvočno energijo nanesite z ultrazvočnim zvočnim aparatom (npr. Ultrazvočni zvočnik sonde UP1000hdT (1000W, 20kHz) s sonotrodo BS4d22) na raztopino 15 minut, da povečate donos RuO2 nanolistov za več kot 50% in razdelite plasti RuO2 na enakomerno majhno stransko velikost.
- Uporabite izračune teorije funkcij gostote, da potrdite, da je aktivacijska energija pilinga znatno zmanjšana.
- Zberite nastale RuO2 nanoliste, ki jih lahko uporabite za različne aplikacije.
Preprostost tega protokola za ultrazvočni piling RuO2 nanolistov poudarja prednosti ultrazvočne proizvodnje nanolistov. Sonication je zelo učinkovita tehnika za proizvodnjo visokokakovostnih enoslojnih RuO2 nanolistov debeline približno 1 nm. Ugotovljeno je bilo tudi, da je protokol razširljiv in ponovljiv, zaradi česar je primeren za obsežno proizvodnjo RuO2 nanolistov za različne aplikacije v elektroniki, katalizi in shranjevanju energije.
Hitro zaporedje (od a do f) okvirjev, ki ponazarjajo sono-mehansko luščenje grafitnih kosmičev v vodi z uporabo UP200S, 200W ultrazvočnega aparata s 3-milimetrsko sonotrodo. Puščice kažejo mesto cepitve (pilinga) s kavitacijskimi mehurčki, ki prodirajo v razcep.
(študija in slike: © Tyurnina et al. 2020
Mehanizem ultrazvočnega pilinga 2D nanolistov.
(študija in grafika: Tyurnina et al., 2020)
Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za piling RuO2
Za proizvodnjo visokokakovostnih nano-listov rutenijevega oksida in drugih ksenov je potrebna zanesljiva visoko zmogljiva ultrazvočna oprema. Bistveni parametri amplitude, tlaka in temperature, ki so ključni za obnovljivost in skladnost izdelka. Hielscher Ultrasonics procesorji so zmogljivi in natančno nadzorovani sistemi, ki omogočajo natančno nastavitev procesnih parametrov in neprekinjen ultrazvočni izhod visoke moči. Hielscher industrijski ultrazvočni aparati lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost Hielscher ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Naše stranke so zadovoljne z izjemno robustnostjo in zanesljivostjo Hielscher Ultrasonics sistemov. Namestitev na področjih težke uporabe (npr. obsežna obdelava nanomaterialov), zahtevnih okoljih in delovanje 24/7 zagotavljajo učinkovito in ekonomično obdelavo. Ultrazvočna intenzifikacija procesa skrajša čas obdelave in doseže boljše rezultate, tj. višjo kakovost, višje donose, inovativne izdelke.
Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji
Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.
Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 ml | n.a. | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, disperzijo, emulgacijo in ekstrakcijo v laboratorijski, pilotni in industrijski ravni.
Literatura / Reference
- 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 proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.