Rutheniumoxid monolayer nanosheets kan effektivt produceras med hjälp av sond-typ ultraljud. Stora fördelar med ultraljud nanosheet exfoliering är process effektivitet, höga utbyten, kort behandling och underlättande, säker drift. På grund av dess höga effektivitet och överlägsna kvalitet på producerade nanoark används ultraljud för industriell produktion av många nanoark inklusive grafen och borofen.

Ultraljud exfoliering av ruteniumoxid nanoark

Ruteniumoxid (RuO2, även känd som rutenat) nanoark erbjuder unika egenskaper såsom hög ledningsförmåga, låg resistivitet, hög stabilitet, hög arbetsfunktion och god känslighet för torr etsning. Detta gör ruteniumoxid till ett bra material för elektroder i minnesenheter och transistorer.

SEM-bilder av exfolierade RuO2-nanoark med a) 1 minut och b) 7 minuters ultraljud.
(studie och bilder: ©Kim et al., 2021)

Fallstudie: Mycket effektiv RuO2-exfoliering med hjälp av en sond-typ ultrasonicator

(2021) visade i sin studie den signifikanta förbättringen av exfoliering av ruteniumoxidmonoskikt nanoark. Forskaren skapade höga utbyten av tunna RuO2 metalloxidplåtar med ultraljud. Den konventionella interkaleringsprocessen genom jonbytesreaktioner är långsam och producerar endast begränsade mängder tvådimensionella (2D) nanoark på grund av storleken på molekyler och kemisk energi som krävs för reaktionen. För att göra processen snabbare och öka mängden ruteniumoxidnanoark som produceras, intensifierade de exfolieringsprocessen genom att applicera ultraljudsenergi på lösningen av RuO2-oxid. De fann att efter bara 15 minuters ultraljud ökade mängden lakan med över 50%, samtidigt som arkens laterala storlek minskade. Beräkningar av täthetsfunktionalteori visade att aktiveringsenergin för exfoliering reduceras signifikant genom att dela RuO2-skikten i en liten sidostorlek. Denna storleksminskning händer eftersom ultraljudsbehandling hjälpte till att bryta isär skikten av metalloxid lättare. Denna forskning understryker att användning av ultraljud är ett bra och enkelt sätt att göra ruteniumoxidmonolayer nanosheets. Detta visar att en ultraljudsstödd jonbytesprocess erbjuder ett enkelt och effektivt tillvägagångssätt för tillverkning av 2D-metalloxidnanoark. Passformerna för ultarsonisk exfoliering förklarar varför ultraljud exfoliering och delaminering används ofta som produktionsteknik för 2D nanomaterial, även känd som xener, inklusive grafen och borofen.

Ultraljud exfoliering främjar den mycket effektiva och accelererade produktionen av ruteniumoxid 2D nanoark i stor skala
(studie och bilder: ©Kim et al., 2021).

Protokoll för ultraljud-assisterad ruteniumoxid exfoliering

Följande protokoll är en steg-för-steg-instruktion för att syntetisera RuO2-nanoark med hjälp av ultraljudsstödd jonbytesreaktionsprocess som beskrivs av Kim et al. (2021) .
 

1. Bered en lösning av RuO2 och ett interkalant genom att lösa dem i lösningsmedel (2-propanol) och omröring i upp till 3 dagar.
2. Applicera ultraljudsenergi med hjälp av en sond-typ ultrasonicator (t.ex. sond-typ ultrasonicator UP1000hdT (1000W, 20kHz) med sonotrode BS4d22) till lösningen i 15 minuter för att öka utbytet av RuO2 nanoark med över 50% och att dela RuO2-skikten i en jämnt liten sidostorlek.
3. Använd densitetsfunktionalteoriberäkningar för att bekräfta att aktiveringsenergin för exfoliering reduceras avsevärt.
4. Samla de resulterande RuO2-nanoarken, som kan användas för olika applikationer.

 
Enkelheten i detta protokoll för ultraljud exfoliering av RuO2 nanosheets understryker fördelarna med ultraljud nanosheet produktion. Ultraljudsbehandling är en mycket effektiv teknik för att producera högkvalitativa monolayer RuO2 nanoark med en tjocklek av cirka 1 nm. Protokollet visade sig också vara skalbart och reproducerbart, vilket gör det lämpligt för storskalig produktion av RuO2-nanoark för olika applikationer inom elektronik, katalys och energilagring.

En höghastighetssekvens (från a till f) av ramar som illustrerar sonomekanisk exfoliering av en grafitflinga i vatten med UP200S, en 200W ultrasonicator med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för splittring (exfoliering) med kavitationsbubblor som tränger igenom delningen.
(studie och bilder: © Tyurnina et al. 2020

Högpresterande ultrasonicators för RuO2 Exfoliation

För produktion av högkvalitativa ruteniumoxidnanoark och andra xener krävs pålitlig högpresterande ultraljudsutrustning. Amplitud, tryck och temperatur väsentliga parametrar, som är avgörande för reproducerbarhet och konsekvent produkt. Hielscher Ultrasonics processorer är kraftfulla och exakt kontrollerbara system, vilket möjliggör exakt inställning av processparametrar och kontinuerlig hög effekt ultraljud utgång. Hielscher industriella ultrasonicators kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder, anpassade ultraljud sonotrodes finns tillgängliga. Robustheten hos Hielscher ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tunga och krävande miljöer.
Våra kunder är nöjda med den enastående robustheten och tillförlitligheten hos Hielscher Ultrasonics-system. Installationen inom områden med tung tillämpning (t.ex. storskalig bearbetning av nanomaterial), krävande miljöer och 24/7-drift säkerställer effektiv och ekonomisk bearbetning. Ultraljud process intensifiering minskar bearbetningstiden och uppnår bättre resultat, dvs högre kvalitet, högre avkastning, innovativa produkter.

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultrasonicators är kända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integration av våra ultrasonicators i industrianläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultrasonicators med state-of-the-art teknik och användarvänlighet. Naturligtvis är Hielscher ultrasonicators CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: