Rutenijum oksid monolayer nanosheets može efikasno da se proizvede pomoću ultrazvuka tipa sonde. Glavne prednosti ultrazvučne eksfolijacije nanosheta su efikasnost procesa, visoki prinosi, kratak tretman i facile, bezbedan rad. Zbog visoke efikasnosti i vrhunskog kvaliteta proizvedenih nanosheta, ultrazvučnost se koristi za industrijsku proizvodnju brojnih nanosheta uključujući grafen i borophene.

Ultrazvučna eksfolijacija Rutenijum Oksida Nanosheets

Rutenijum oksid (RuO2, poznat i kao rutenate) nanosheti nude jedinstvena svojstva kao što su visoka provodljivost, niska otpornost, visoka stabilnost, visoka radna funkcija i dobra podložnost suvom urezivanja. To čini rutenijum oksid dobrim materijalom za elektrode u memorijskom uređaju i tranzistorima.

SEM slike eksfoliranih RuO2 nanosheeta koristeći a) 1 minut i b) 7 minuta ultrazvučnosti.
(study and pictures: ©Kim et al., 2021)

Studija slučaja: Visoko efikasna RuO2 eksfolijacija pomoću ultrazvučnog tipa sonde

Kim et al. (2021) su u svojoj studiji pokazali značajno poboljšanje u eksfolijaciji rutenijum oksida monolayer nanosheets. Istraživač je stvorio visoke prinose tankih RuO2 metalnih oksidnih listova koristeći ultrazvučnost. Konvencionalni proces interkalacije kroz jonske reakcije razmene je spor i proizvodi samo ograničene količine dvodimenzionalnih (2D) nanosheta zbog veličine molekula i hemijske energije potrebne za reakciju. Kako bi proces bio brži i povećao količinu proizvedenih nano-listova rutenijum oksida, intenzivirali su proces eksfolijacije primenom ultrazvučne energije na rastvor RuO2 oksida. Otkrili su da se posle samo 15 minuta ultrazvučnosti količina posteljine povećala za preko 50%, istovremeno se lateralna veličina posteljine smanjila. Proračuni funkcionalne teorije gustine pokazali su da se aktivaciona energija eksfolijacije značajno smanjuje tako što se RuO2 slojevi dele na malu lateralnu veličinu. Ovo smanjenje se dešava zato što je sonicija pomogla da se lakše razdvoje slojevi metalnog oksida. Ovo istraživanje podvlači da je korišćenje ultrazvuka dobar i lak način da se napravi rutenijum oksid monolayer nanosheets. To pokazuje da proces razmene jona koji podržava ultrazvučna podrška nudi facile i efikasan pristup za fabrikovanje 2D metalnih oksidnih nanosheta. Ugledi ultarsonske eksfolijacije objašnjavaju zašto se ultrazvučna eksfolijacija i delaminacija široko koriste kao tehnika proizvodnje za 2D nanomaterijale, poznate i kao kseni, uključujući grafen i borophene.

Ultrazvučna eksfolijacija promoviše visoko efikasnu i ubrzanu proizvodnju rutenijum oksida 2D nanosheta u velikom obimu
(study and pictures: ©Kim et al., 2021).

Protocol for Ultrasonically-Assisted Ruthenium Oxide Exfoliation

Sledeći protokol je uputstvo "korak po korak" za sintezu RuO2 nanosheets koristeći ultrasonično podržan proces reakcije jonne razmene kao što opisuje Kim et al. (2021).
 

1. Pripremite rastvor RuO2 i interkalant tako što ćete ih rastvoriti u rastvaraču (2-propanol) i mešati do 3 dana.
2. Primenite ultrazvučnu energiju koristeći ultrazvučni ultrazvučni tip sonde (npr. ultrazvučni tip sonde UP1000hdT (1000W, 20kHz) sa sonotrode BS4d22) na rešenje na 15 minuta kako bi se prinos RuO2 nanosheeta povećao za preko 50% i podelio RuO2 slojeve
3. Koristite proračune funkcionalne teorije gustine da biste potvrdili da je aktivaciona energija eksfolijacije znatno smanjena.
4. Prikupite dobijene RuO2 nanoshete, koji se mogu koristiti za različite aplikacije.

 
Jednostavnost ovog protokola za ultrazvučnu eksfolijaciju RuO2 nanosheets podvlači prednosti ultrazvučne proizvodnje nanosheta. Sonication je visoko efikasna tehnika proizvodnje visokokvalitetnog monolayera RuO2 nanosheets sa debljinom od približno 1 nm. Takođe je utvrđeno da je protokol skalabilan i reprodukovan, što ga čini pogodnim za veliku proizvodnju RuO2 nanosheeta za različite primene u elektronici, katalizi i skladištenju energije.

Brza sekvenca (od a do f) ramova koji ilustruju sono-mehaničku eksfolijaciju grafitne pahuljice u vodi koristeći UP200S, ultrazvučni 200W sa 3-mm sonotrodom. Strelice prikazuju mesto razdvajanja (eksfolijacije) sa mehurićima kavitacije koji prodiru u razdeljak.
(study and pictures: © Tyurnina et al. 2020

Ultrazvučnici visokih performansi za RuO2 Exfoliation

Za proizvodnju visokokvalitetnih rutenijum oksidnih nano-listova i drugih ksena potrebna je pouzdana ultrazvučna oprema visokih performansi. Amplitude, pressure and temperature essential parameters, which are crucial for reproducibility and consistent product. Hielscher Ultrasonics procesori su moćni i precizno kontrolišući sistemi, koji omogućavaju tačno podešavanje parametara procesa i kontinuirani ultrazvučni izlaz velike snage. Hielscher industrijski ultrazvučnici mogu da isporuče veoma visoke amplitude. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Robustnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućava non-stop rad na velikim dužnostima i u zahtevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednom robustnošću i odgovornošću Hielscher Ultrasonics sistema. Instalacija u oblastima teške primene (npr. nanomaterijska obrada velikih razmera), zahtevna okruženja i 24/7 operacija obezbeđuju efikasnu i ekonomiиnu obradu. Ultrazvučno intenziju procesa smanjuje vreme obrade i postiže bolje rezultate, već kvalitet, veće prinose, inovativne proizvode.

Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvalitet napravljen u Nemačkoj

Hielscher ultrazvučni su dobro poznati po najvišim standardima kvaliteta i dizajna. Robustnost i lak rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnika u industrijske objekte. Grubim uslovima i zahtevnim okruženjima lako rukohvate Hielscher ultrazvučnici.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i poseban akcenat stavlja na ultrazvučnike visokih performansi koji sadrže vrhunsku tehnologiju i user-friendliness. Naravno, Hielscher ultrazvučni su CE usaglašeni i ispunjavaju zahteve UL, CSA i RoHs.

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: