Ultrasonik Eksfoliasyon ile Rutenyum Oksit Nano Tabakalar

Rutenyum oksit tek tabakalı nanotabakalar, prob tipi ultrasonikasyon kullanılarak verimli bir şekilde üretilebilir. Ultrasonik nano tabaka pul pul dökülmenin başlıca avantajları proses verimliliği, yüksek verim, kısa tedavi ve kolay, güvenli çalışmadır. Üretilen nanotabakaların yüksek verimliliği ve üstün kalitesi nedeniyle, ultrasonikasyon, grafen ve borofen dahil olmak üzere çok sayıda nanosheet'in endüstriyel üretimi için kullanılır.

Rutenyum Oksit Nano Tabakaların Ultrasonik Eksfoliasyonu

Rutenyum oksit (RuO2, rutenat olarak da bilinir) nano tabakalar, yüksek iletkenlik, düşük direnç, yüksek stabilite, yüksek çalışma fonksiyonu ve kuru aşındırmaya karşı iyi duyarlılık gibi benzersiz özellikler sunar. Bu, rutenyum oksidi bellek aygıtlarındaki ve transistörlerdeki elektrotlar için iyi bir malzeme yapar.

A) 1 dakika ve b) 7 dakika ultrasonikasyon kullanılarak pul pul dökülmüş RuO2 nano tabakalarının SEM görüntüleri.(çalışma ve resimler: ©Kim ve ark., 2021)

Vaka Çalışması: Prob Tipi Ultrasonikatör Kullanarak Yüksek Verimli RuO2 Eksfoliasyon

Kim ve ark. (2021) çalışmalarında, rutenyum oksit tek tabakalı nanotabakaların pul pul dökülmesinde önemli bir iyileşme olduğunu gösterdi. Araştırmacı, ultrasonikasyon kullanarak ince RuO2 metal oksit levhaların yüksek verimini oluşturdu. İyon değişim reaksiyonları yoluyla geleneksel interkalasyon işlemi yavaştır ve reaksiyon için gereken moleküllerin boyutu ve kimyasal enerji nedeniyle yalnızca sınırlı miktarlarda iki boyutlu (2D) nano tabakalar üretir. İşlemi daha hızlı hale getirmek ve üretilen rutenyum oksit nano tabakalarının miktarını artırmak için, RuO2 oksit çözeltisine ultrason enerjisi uygulayarak pul pul dökülme işlemini yoğunlaştırdılar. Sadece 15 dakikalık ultrasonikasyondan sonra, yaprak miktarının% 50'nin üzerinde arttığını, aynı anda tabakaların yanal boyutunun azaldığını buldular. Yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, pul pul dökülmenin aktivasyon enerjisinin, RuO2 katmanlarını küçük bir yanal boyuta bölerek önemli ölçüde azaldığını göstermiştir. Bu boyut küçültme, sonikasyonun metal oksit katmanlarını daha kolay parçalamasına yardımcı olduğu için gerçekleşir. Bu araştırma, ultrason kullanmanın rutenyum oksit tek tabakalı nanotabakalar yapmanın iyi ve kolay bir yolu olduğunun altını çiziyor. Bu, ultrasonik destekli bir iyon değiştirme işleminin 2D metal oksit nano tabakaların imalatı için kolay ve verimli bir yaklaşım sunduğunu göstermektedir. Ultarsonik pul pul dökülmenin faydaları, ultrasonik pul pul dökülme ve delaminasyonun, grafen ve borofen dahil olmak üzere ksenler olarak da bilinen 2D nanomalzemeler için üretim tekniği olarak neden yaygın olarak kullanıldığını açıklar.

Ultrasonik pul pul dökülme, rutenyum oksit 2D nano tabakaların büyük ölçekte yüksek verimli ve hızlandırılmış üretimini destekler(çalışma ve resimler: ©Kim ve diğerleri, 2021).

Ultrasonik Destekli Rutenyum Oksit Eksfoliasyonu için Protokol

Aşağıdaki protokol, Kim ve ark. (2021) tarafından açıklandığı gibi ultrasonik olarak desteklenen iyon değişim reaksiyonu sürecini kullanarak RuO2 nano tabakalarını sentezlemek için adım adım bir talimattır.
 

1. Bir RuO2 çözeltisi ve bir ara parçayı, bunları çözücü (2-propanol) içinde çözerek ve 3 güne kadar karıştırarak hazırlayın.
2. RuO2 nano tabakalarının verimini P'nin üzerinde artırmak ve RuO2 katmanlarını eşit derecede küçük bir yanal boyuta bölmek için 15 dakika boyunca çözeltiye prob tipi bir ultrasonicator (örneğin, sonotrode BS4d22 ile prob tipi ultrasonicator UP1000hdT (1000W, 20kHz)) kullanarak ultrason enerjisi uygulayın.
3. Pul pul dökülmenin aktivasyon enerjisinin önemli ölçüde azaldığını doğrulamak için yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamalarını kullanın.
4. Elde edilen ve çeşitli uygulamalar için kullanılabilen RuO2 nano tabakalarını toplayın.

 
RuO2 nano tabakaların ultrasonik pul pul dökülmesi için bu protokolün basitliği, ultrasonik nano tabaka üretiminin faydalarının altını çizmektedir. Sonikasyon, yaklaşık 1 nm kalınlığında yüksek kaliteli tek katmanlı RuO2 nano tabakalar üretmek için oldukça verimli bir tekniktir. Protokolün ayrıca ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir olduğu bulundu, bu da onu elektronik, kataliz ve enerji depolamadaki çeşitli uygulamalar için RuO2 nano tabakalarının büyük ölçekli üretimi için uygun hale getirdi.

Bir grafit pulunun suda sono-mekanik pul pul dökülmesini gösteren yüksek hızlı bir kare dizisi (a'dan f'ye) UP200S'yi kullanarak, 3 mm sonotrotlu 200W'lık bir ultrasonikatör. Oklar, bölünmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile ayrılma (pul pul dökülme) yerini gösterir.(çalışma ve resimler: © Tyurnina ve ark. 2020

RuO2 Eksfoliasyon için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Yüksek kaliteli rutenyum oksit nano levhaların ve diğer ksenlerin üretimi için güvenilir yüksek performanslı ultrasonik ekipman gereklidir. Tekrarlanabilirlik ve tutarlı ürün için çok önemli olan genlik, basınç ve sıcaklık temel parametreleri. Hielscher Ultrasonik işlemciler, proses parametrelerinin tam olarak ayarlanmasına ve sürekli yüksek güçlü ultrason çıkışına izin veren güçlü ve hassas bir şekilde kontrol edilebilir sistemlerdir. Hielscher endüstriyel ultrasonicators çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Hielscher ultrasonik ekipmanın sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.
Müşterilerimiz, Hielscher Ultrasonik sistemlerinin olağanüstü sağlamlığı ve güvenilirliği ile memnunlar. Ağır hizmet tipi uygulama (örn. büyük ölçekli nanomalzeme işleme), zorlu ortamlar ve 7/24 çalışma alanlarındaki kurulum, verimli ve ekonomik işleme sağlar. Ultrasonik işlem yoğunlaştırma, işlem süresini azaltır ve daha iyi sonuçlar, yani daha yüksek kalite, daha yüksek verim, yenilikçi ürünler elde eder.

Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite

Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: