รูทีเนียมออกไซด์นาโนชีตผ่านการขัดผิวด้วยอัลตราโซนิก

แผ่นนาโนรูทีเนียมออกไซด์ชั้นเดียวสามารถผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้อัลตราโซนิกแบบโพรบ ข้อได้เปรียบที่สําคัญของการขัดผิวด้วยแผ่นนาโนอัลตราโซนิกคือประสิทธิภาพของกระบวนการผลผลิตสูงการรักษาสั้นและการดําเนินงานที่ปลอดภัย เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและคุณภาพที่เหนือกว่าของแผ่นนาโนที่ผลิตได้อัลตราโซนิกจึงถูกนํามาใช้สําหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของแผ่นนาโนจํานวนมากรวมถึงกราฟีนและโบโรฟีน

การขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกของรูทีเนียมออกไซด์นาโนชีท

แผ่นนาโนรูทีเนียมออกไซด์ (RuO2 หรือที่เรียกว่ารูทีเนต) มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เช่นการนําไฟฟ้าสูงความต้านทานต่ําความเสถียรสูงฟังก์ชั่นการทํางานสูงและความไวต่อการแกะสลักแบบแห้ง ทําให้รูทีเนียมออกไซด์เป็นวัสดุที่ดีสําหรับอิเล็กโทรดในอุปกรณ์หน่วยความจําและทรานซิสเตอร์

ภาพ SEM ของแผ่นนาโน RuO2 ที่ขัดผิวโดยใช้ a) 1 นาทีและ b) อัลตราโซนิก 7 นาที
(การศึกษาและรูปภาพ: ©Kim et al., 2021)

กรณีศึกษา: การขัดผิว RuO2 ที่มีประสิทธิภาพสูงโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบ

Kim et al. (2021) แสดงให้เห็นในการศึกษาของพวกเขาถึงการปรับปรุงอย่างมีนัยสําคัญในการขัดผิวของแผ่นนาโนชั้นเดียวของรูทีเนียมออกไซด์ นักวิจัยสร้างแผ่นโลหะออกไซด์ RuO2 บาง ๆ ให้ผลผลิตสูงโดยใช้อัลตราโซนิก กระบวนการแทรกแซงแบบเดิมผ่านปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอออนนั้นช้าและผลิตแผ่นนาโนสองมิติ (2D) ในปริมาณที่จํากัดเนื่องจากขนาดของโมเลกุลและพลังงานเคมีที่จําเป็นสําหรับปฏิกิริยา เพื่อให้กระบวนการเร็วขึ้นและเพิ่มปริมาณแผ่นนาโนรูทีเนียมออกไซด์ที่ผลิตได้พวกเขาเพิ่มกระบวนการขัดผิวโดยใช้พลังงานอัลตราซาวนด์กับสารละลายของ RuO2 ออกไซด์ พวกเขาพบว่าหลังจากอัลตราโซนิกเพียง 15 นาทีจํานวนแผ่นเพิ่มขึ้นมากกว่า 50% ในขณะเดียวกันขนาดด้านข้างของแผ่นก็ลดลง การคํานวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นแสดงให้เห็นว่าพลังงานกระตุ้นของการขัดผิวลดลงอย่างมีนัยสําคัญโดยการแยกชั้น RuO2 ออกเป็นขนาดด้านข้างขนาดเล็ก การลดขนาดนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการ sonication ช่วยแยกชั้นของโลหะออกไซด์ได้ง่ายขึ้น การวิจัยนี้เน้นย้ําว่าการใช้อัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่ดีและง่ายในการทําแผ่นนาโนรูทีเนียมออกไซด์ชั้นเดียว สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนที่รองรับอัลตราโซนิกเป็นแนวทางที่ง่ายและมีประสิทธิภาพสําหรับการผลิตแผ่นนาโนออกไซด์โลหะ 2 มิติ ความเหมาะสมของการขัดผิวอัลทาโซนิกอธิบายว่าเหตุใดการขัดผิวและการหลุดลอกด้วยอัลตราโซนิกจึงถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเทคนิคการผลิตสําหรับวัสดุนาโน 2 มิติหรือที่เรียกว่าซีนรวมถึงกราฟีนและโบโรฟีน

การขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกส่งเสริมการผลิตแผ่นนาโนรูทีเนียมออกไซด์ 2 มิติที่มีประสิทธิภาพสูงและเร่งในขนาดใหญ่
(การศึกษาและรูปภาพ: ©Kim et al., 2021)

โปรโตคอลสําหรับการขัดผิวรูทีเนียมออกไซด์ด้วยอัลตราโซนิก

โปรโตคอลต่อไปนี้เป็นคําแนะนําทีละขั้นตอนสําหรับการสังเคราะห์แผ่นนาโน RuO2 โดยใช้กระบวนการปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอออนที่รองรับด้วยอัลตราโซนิกตามที่อธิบายไว้โดย Kim et al. (2021)
 

1. เตรียมสารละลาย RuO2 และสารแทรกแซงโดยละลายในตัวทําละลาย (2-propanol) และคนให้เข้ากันนานถึง 3 วัน
2. ใช้พลังงานอัลตราซาวนด์โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ (เช่นเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ UP1000hdT (1000W, 20kHz) พร้อม sonotrode BS4d22) กับสารละลายเป็นเวลา 15 นาทีเพื่อเพิ่มผลผลิตของแผ่นนาโน RuO2 มากกว่า 50% และเพื่อแยกชั้น RuO2 ออกเป็นขนาดด้านข้างที่เล็กสม่ําเสมอ
3. ใช้การคํานวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นเพื่อยืนยันว่าพลังงานกระตุ้นของการขัดผิวลดลงอย่างมีนัยสําคัญ
4. รวบรวมแผ่นนาโน RuO2 ที่ได้ซึ่งสามารถนําไปใช้กับการใช้งานต่างๆ

 
ความเรียบง่ายของโปรโตคอลนี้สําหรับการขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกของแผ่นนาโน RuO2 เน้นย้ําถึงประโยชน์ของการผลิตแผ่นนาโนอัลตราโซนิก Sonication เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงในการผลิตแผ่นนาโน RuO2 ชั้นเดียวคุณภาพสูงที่มีความหนาประมาณ 1 นาโนเมตร นอกจากนี้ยังพบว่าโปรโตคอลสามารถปรับขนาดได้และทําซ้ําได้ ทําให้เหมาะสําหรับการผลิตแผ่นนาโน RuO2 ขนาดใหญ่สําหรับการใช้งานต่างๆ ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ตัวเร่งปฏิกิริยา และการจัดเก็บพลังงาน

ลําดับความเร็วสูง (จาก a ถึง f) ของเฟรมที่แสดงให้เห็นถึงการขัดผิวแบบกลไกของเกล็ดกราไฟท์ในน้ํา ใช้ UP200S เครื่องอัลตราโซนิก 200W พร้อม sonotrode 3 มม. ลูกศรแสดงตําแหน่งของการแยก (การขัดผิว) โดยมีฟองอากาศที่แทรกซึมเข้าไปในการแยก
(การศึกษาและรูปภาพ: © Tyurnina et al. 2020

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการขัดผิว RuO2

สําหรับการผลิตแผ่นนาโนรูทีเนียมออกไซด์คุณภาพสูงและซีนอื่น ๆ จําเป็นต้องมีอุปกรณ์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่เชื่อถือได้ พารามิเตอร์ที่จําเป็นของแอมพลิจูดความดันและอุณหภูมิซึ่งมีความสําคัญต่อความสามารถในการทําซ้ําและผลิตภัณฑ์ที่สม่ําเสมอ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นระบบที่ทรงพลังและควบคุมได้อย่างแม่นยําซึ่งช่วยให้สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์กระบวนการได้อย่างแม่นยําและเอาต์พุตอัลตราซาวนด์กําลังสูงอย่างต่อเนื่อง เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher สามารถให้แอมพลิจูดที่สูงมาก แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถทํางานต่อเนื่องได้อย่างง่ายดายในการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง
ลูกค้าของเราพึงพอใจกับความทนทานและความน่าเชื่อถือที่โดดเด่นของระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher การติดตั้งในด้านการใช้งานหนัก (เช่น การแปรรูปวัสดุนาโนขนาดใหญ่) สภาพแวดล้อมที่ต้องการ และการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันช่วยให้มั่นใจได้ถึงการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและประหยัด การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการอัลตราโซนิกช่วยลดเวลาในการประมวลผลและได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นเช่นคุณภาพที่สูงขึ้นผลผลิตที่สูงขึ้นผลิตภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: