Нанолистови оксида рутенијума добијени ултразвучном ексфолијацијом

Једнослојни нанолистови оксида рутенијума могу се ефикасно произвести ултразвучном обрадом помоћу сонде. Главне предности ултразвучне ексфолијације нанолистова су ефикасност процеса, високи приноси, кратко трајање обраде и једноставан, безбедан рад. Због високе ефикасности и врхунског квалитета произведених нанолистова, ултразвучна обрада се користи за индустријску производњу бројних нанолистова, укључујући графен и борофен.

Ултразвучна ексфолијација нанолистова оксида рутенијума

Нанолистови оксида рутенијума (RuO2, познатог и као рутенат) имају јединствена својства као што су висока проводљивост, ниска специфична електрична отпорност, висока стабилност, висок излазни рад и добра подложност сувом нагризању. Због тога је оксид рутенијума добар материјал за електроде у меморијским уређајима и транзисторима.

SEM снимци нанолистова RuO2 ексфолираних ултразвучном обрадом у трајању од а) 1 минута и б) 7 минута.
(студија и слике: ©Kim et al., 2021)

Студија случаја: високоефикасна ексфолијација RuO2 помоћу ултразвучног уређаја са сондом

Kim et al. (2021) показали су у својој студији значајно побољшање ексфолијације једнослојних нанолистова оксида рутенијума. Истраживач је ултразвучном обрадом остварио високе приносе танких листова металног оксида RuO2. Конвенционални процес интеркалације реакцијама јонске измене спор је и даје само ограничене количине дводимензионалних (2D) нанолистова због величине молекула и хемијске енергије потребне за реакцију. Да би убрзали процес и повећали количину произведених нанолистова оксида рутенијума, интензивирали су процес ексфолијације применом ултразвучне енергије на раствор оксида RuO2. Утврдили су да се након само 15 минута ултразвучне обраде количина листова повећала за више од 50%, док се истовремено њихова бочна димензија смањила. Прорачуни засновани на теорији функционала густине показали су да се енергија активације ексфолијације значајно смањује уситњавањем слојева RuO2 на мале бочне димензије. До овог смањења димензија долази зато што ултразвучна обрада олакшава раздвајање слојева металног оксида. Ово истраживање истиче да је употреба ултразвука добар и једноставан начин за добијање једнослојних нанолистова оксида рутенијума. То показује да процес јонске измене потпомогнут ултразвуком пружа једноставан и ефикасан приступ изради 2D нанолистова металних оксида. Предности ултразвучне ексфолијације објашњавају зашто се ултразвучна ексфолијација и деламинација широко користе као техника производње 2D наноматеријала, познатих и као ксени, укључујући графен и борофен.

Ултразвучна ексфолијација поспешује високоефикасну и убрзану производњу 2D нанолистова оксида рутенијума у великим размерама
(студија и слике: ©Kim et al., 2021).

Протокол за ексфолијацију оксида рутенијума потпомогнуту ултразвуком

Следећи протокол даје упутства корак по корак за синтезу нанолистова RuO2 применом процеса реакције јонске измене потпомогнутог ултразвуком, који су описали Kim et al. (2021).
 

1. Припремите раствор RuO2 и интеркаланта тако што ћете их растворити у растварачу (2-пропанолу) и мешати до 3 дана.
2. Примените ултразвучну енергију на раствор помоћу ултразвучног уређаја са сондом (нпр. ултразвучног уређаја са сондом UP1000hdT (1000W, 20kHz) са сонотродом BS4d22) током 15 минута како бисте повећали принос нанолистова RuO2 за више од 50% и уситнили слојеве RuO2 на уједначено мале бочне димензије.
3. Примените прорачуне засноване на теорији функционала густине да бисте потврдили да је енергија активације ексфолијације значајно смањена.
4. Сакупите добијене нанолистове RuO2, који се могу користити за различите примене.

 
Једноставност овог протокола за ултразвучну ексфолијацију нанолистова RuO2 истиче предности ултразвучне производње нанолистова. Ултразвучна обрада је високоефикасна техника за производњу висококвалитетних једнослојних нанолистова RuO2 дебљине приближно 1 nm. Такође је утврђено да се протокол може применити у већим размерама и да је репродуктиван, што га чини погодним за производњу нанолистова RuO2 у великим размерама за различите примене у електроници, катализи и складиштењу енергије.
 
Прочитајте више о сонохемијској синтези нанопахуљица SnOx!
 

Низ кадрова снимљених великом брзином (од a до f) који приказује сономеханичку ексфолијацију пахуљице графита у води помоћу UP200S, ултразвучног уређаја снаге 200W са сонотродом пречника 3-mm. Стрелице показују место раздвајања (ексфолијације), при чему кавитациони мехурићи продиру у настали процеп.
(студија и слике: © Tyurnina et al. 2020

Ултразвучни уређаји високих перформанси за ексфолијацију RuO2

За производњу висококвалитетних нанолистова оксида рутенијума и других ксена потребна је поуздана ултразвучна опрема високих перформанси. Амплитуда, притисак и температура су основни параметри, пресудни за репродуктивност и уједначен производ. Процесори Hielscher Ultrasonics су снажни системи којима се може прецизно управљати, што омогућава тачно подешавање параметара процеса и непрекидно емитовање ултразвука велике снаге. Индустријски ултразвучни уређаји Hielscher могу да остваре веома високе амплитуде. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7. За још више амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Робусност ултразвучне опреме Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Наши купци су задовољни изузетном робусношћу и поузданошћу система Hielscher Ultrasonics. Уградња за примене са великим оптерећењем (нпр. обрада наноматеријала у великим размерама), у захтевним окружењима и рад 24/7 обезбеђују ефикасну и економичну обраду. Ултразвучно интензивирање процеса скраћује време обраде и постиже боље резултате, тј. виши квалитет, веће приносе и иновативне производе.

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Ултразвучни уређаји Hielscher познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Ултразвучни уређаји Hielscher лако подносе тешке услове и захтевна окружења.

Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом која посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставним руковањем. Наравно, ултразвучни уређаји Hielscher су усаглашени са CE и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: