Nanofletë të oksidit të ruteniumit përmes eksfolimit me ultratinguj

Nanofletët njështresore të oksidit të ruteniumit mund të prodhohen me efikasitet duke përdorur trajtimin me ultratinguj me sondë. Përparësitë kryesore të eksfolimit të nanofletëve me ultratinguj janë efikasiteti i procesit, rendimentet e larta, trajtimi i shkurtër dhe përdorimi i lehtë e i sigurt. Për shkak të efikasitetit të tij të lartë dhe cilësisë superiore të nanofletëve të prodhuara, trajtimi me ultratinguj përdoret për prodhimin industrial të shumë nanofletëve, përfshirë grafenin dhe borofenin.

Eksfolimi me ultratinguj i nanofletëve të oksidit të ruteniumit

Nanofletët e oksidit të ruteniumit (RuO2, i njohur edhe si rutenat) ofrojnë veti unike si përçueshmëri të lartë, rezistivitet të ulët, qëndrueshmëri të lartë, punë të lartë të daljes së elektroneve dhe përshtatshmëri të mirë për gravurë të thatë. Kjo e bën oksidin e ruteniumit një material të mirë për elektroda në pajisjet e memories dhe tranzistorë.

Imazhe SEM të nanofletëve të RuO2 të eksfoliuara duke përdorur a) 1 minutë dhe b) 7 minuta trajtim me ultratinguj.
(studimi dhe imazhet: ©Kim et al., 2021)

Studim rasti: Eksfolim shumë efikas i RuO2 duke përdorur një pajisje me ultratinguj me sondë

Kim et al. (2021) treguan në studimin e tyre përmirësimin e ndjeshëm të eksfolimit të nanofletëve njështresore të oksidit të ruteniumit. Studiuesi arriti rendimente të larta të fletëve të holla të oksidit metalik RuO2 duke përdorur trajtimin me ultratinguj. Procesi konvencional i interkalimit përmes reaksioneve të shkëmbimit jonik është i ngadaltë dhe prodhon vetëm sasi të kufizuara nanofletësh dydimensionale (2D) për shkak të madhësisë së molekulave dhe energjisë kimike të nevojshme për reaksionin. Për ta përshpejtuar procesin dhe për të rritur sasinë e nanofletëve të prodhuara të oksidit të ruteniumit, ata e intensifikuan procesin e eksfolimit duke aplikuar energji ultrasonike në tretësirën e oksidit RuO2. Ata zbuluan se pas vetëm 15 minutash trajtim me ultratinguj, sasia e fletëve u rrit me mbi 50%, ndërkohë që madhësia anësore e fletëve u zvogëlua. Llogaritjet me teorinë e funksionalit të dendësisë treguan se energjia e aktivizimit të eksfolimit ulet ndjeshëm duke i ndarë shtresat e RuO2 në pjesë me madhësi të vogël anësore. Ky zvogëlim i madhësisë ndodh sepse trajtimi me ultratinguj ndihmoi në ndarjen më të lehtë të shtresave të oksidit metalik. Ky studim thekson se përdorimi i ultratingujve është një mënyrë e mirë dhe e lehtë për të prodhuar nanofletë njështresore të oksidit të ruteniumit. Kjo tregon se një proces shkëmbimi jonik i asistuar me ultratinguj ofron një qasje të lehtë dhe efikase për prodhimin e nanofletëve 2D të oksideve metalike. Përfitimet e eksfolimit me ultratinguj shpjegojnë pse eksfolimi dhe delaminimi me ultratinguj përdoren gjerësisht si teknikë prodhimi për nanomaterialet 2D, të njohura edhe si ksene, përfshirë grafenin dhe borofenin.

Eksfolimi me ultratinguj nxit prodhimin shumë efikas dhe të përshpejtuar në shkallë të gjerë të nanofletëve 2D të oksidit të ruteniumit
(studimi dhe imazhet: ©Kim et al., 2021).

Protokoll për eksfolimin e oksidit të ruteniumit të asistuar me ultratinguj

Protokolli i mëposhtëm jep udhëzime hap pas hapi për sintetizimin e nanofletëve të RuO2 duke përdorur procesin e reaksionit të shkëmbimit jonik të asistuar me ultratinguj, siç përshkruhet nga Kim et al. (2021).
 

1. Përgatitni një tretësirë të RuO2 dhe të një agjenti interkalues duke i tretur në tretës (2-propanol) dhe duke i përzier për deri në 3 ditë.
2. Aplikoni energji ultrasonike në tretësirë për 15 minuta duke përdorur një pajisje me ultratinguj me sondë (p.sh., pajisjen me ultratinguj me sondë UP1000hdT (1000W, 20kHz) me sonotrodë BS4d22), për të rritur rendimentin e nanofletëve të RuO2 me mbi 50% dhe për t’i ndarë shtresat e RuO2 në pjesë me madhësi anësore njëtrajtësisht të vogël.
3. Përdorni llogaritje me teorinë e funksionalit të dendësisë për të konfirmuar se energjia e aktivizimit të eksfolimit ulet ndjeshëm.
4. Mblidhni nanofletët e përftuara të RuO2, të cilat mund të përdoren për zbatime të ndryshme.

 
Thjeshtësia e këtij protokolli për eksfolimin me ultratinguj të nanofletëve të RuO2 thekson përfitimet e prodhimit të nanofletëve me ultratinguj. Trajtimi me ultratinguj është një teknikë shumë efikase për prodhimin e nanofletëve njështresore të RuO2 me cilësi të lartë dhe trashësi afërsisht 1 nm. Gjithashtu, u konstatua se protokolli mund të zbatohet në shkallë më të madhe dhe të riprodhohet, çka e bën atë të përshtatshëm për prodhimin në shkallë të gjerë të nanofletëve të RuO2 për zbatime të ndryshme në elektronikë, katalizë dhe ruajtjen e energjisë.
 
Lexoni më shumë rreth sintezës sonokimike të nanofletëzave të SnOx!
 

Një sekuencë me shpejtësi të lartë (nga a në f) kuadrosh që ilustrojnë eksfolimin sonomekanik të një fletëze grafiti në ujë duke përdorur UP200S, një pajisje me ultratinguj 200W me sonotrodë 3-mm. Shigjetat tregojnë vendin e ndarjes (eksfolimit), ku flluskat e kavitacionit depërtojnë në çarje.
(studimi dhe imazhet: © Tyurnina et al. 2020

Pajisje me ultratinguj me performancë të lartë për eksfolimin e RuO2

Për prodhimin e nanofletëve të oksidit të ruteniumit dhe të kseneve të tjera me cilësi të lartë, nevojiten pajisje të besueshme me ultratinguj me performancë të lartë. Amplituda, presioni dhe temperatura janë parametra thelbësorë, vendimtarë për riprodhueshmërinë dhe për një produkt me karakteristika të qëndrueshme. Procesorët Hielscher Ultrasonics janë sisteme të fuqishme dhe të kontrollueshme me saktësi, të cilat mundësojnë caktimin e saktë të parametrave të procesit dhe emetimin e vazhdueshëm të ultratingujve me fuqi të lartë. Pajisjet industriale me ultratinguj Hielscher mund të ofrojnë amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht në mënyrë të vazhdueshme gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të përshtatura sipas kërkesave. Qëndrueshmëria e pajisjeve me ultratinguj Hielscher mundëson funksionimin 24/7 nën ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Klientët tanë janë të kënaqur me qëndrueshmërinë dhe besueshmërinë e jashtëzakonshme të sistemeve Hielscher Ultrasonics. Instalimi në fusha zbatimi me ngarkesë të rëndë (p.sh., përpunimi i nanomaterialeve në shkallë të gjerë), në mjedise kërkuese dhe funksionimi 24/7 sigurojnë përpunim efikas dhe ekonomik. Intensifikimi i proceseve me ultratinguj zvogëlon kohën e përpunimit dhe arrin rezultate më të mira, pra cilësi më të lartë, rendimente më të larta dhe produkte novatore.

Projektim, prodhim dhe këshillim – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Pajisjet me ultratinguj Hielscher janë të mirënjohura për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të pajisjeve tona me ultratinguj në impiantet industriale. Pajisjet me ultratinguj Hielscher i përballojnë lehtësisht kushtet e vështira dhe mjediset kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton rëndësi të veçantë pajisjeve me ultratinguj me performancë të lartë, që ofrojnë teknologjinë më të avancuar dhe lehtësi përdorimi. Sigurisht, pajisjet me ultratinguj Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj: