Ultrasonik Eksfoliasyon Yoluyla Rutenyum Oksit Nano Tabakaları

Tek katmanlı rutenyum oksit nano tabakaları, prob tipi ultrasonikasyon kullanılarak verimli bir şekilde üretilebilir. Ultrasonik nano tabaka eksfoliasyonunun başlıca avantajları proses verimliliği, yüksek verim, kısa işlem süresi ve kolay, güvenli kullanımdır. Yüksek verimliliği ve üretilen nano tabakaların üstün kalitesi nedeniyle ultrasonikasyon, grafen ve borofen dahil çok sayıda nano tabakanın endüstriyel üretiminde kullanılır.

Rutenyum Oksit Nano Tabakalarının Ultrasonik Eksfoliasyonu

Rutenyum oksit (RuO2, rutenat olarak da bilinir) nano tabakaları, yüksek iletkenlik, düşük özdirenç, yüksek kararlılık, yüksek iş fonksiyonu ve kuru aşındırmaya iyi yatkınlık gibi benzersiz özellikler sunar. Bu özellikler, rutenyum oksidi bellek cihazları ve transistörlerdeki elektrotlar için iyi bir malzeme haline getirir.

a) 1 dakika ve b) 7 dakika ultrasonikasyon uygulanarak eksfoliye edilmiş RuO2 nano tabakalarının SEM görüntüleri.
(çalışma ve görseller: ©Kim et al., 2021)

Vaka Çalışması: Prob Tipi Sonikatör Kullanılarak Yüksek Verimlilikle RuO2 Eksfoliasyonu

Kim et al. (2021), çalışmalarında tek katmanlı rutenyum oksit nano tabakalarının eksfoliasyonundaki önemli iyileşmeyi gösterdi. Araştırmacı, ultrasonikasyon kullanarak ince RuO2 metal oksit tabakalarını yüksek verimle üretti. İyon değişimi reaksiyonları yoluyla gerçekleştirilen geleneksel interkalasyon prosesi yavaştır ve moleküllerin boyutu ile reaksiyon için gereken kimyasal enerji nedeniyle yalnızca sınırlı miktarda iki boyutlu (2D) nano tabaka üretir. Prosesi hızlandırmak ve üretilen rutenyum oksit nano tabakalarının miktarını artırmak için RuO2 oksit çözeltisine ultrason enerjisi uygulayarak eksfoliasyon prosesini yoğunlaştırdılar. Yalnızca 15 dakikalık ultrasonikasyondan sonra tabaka miktarının %50’den fazla arttığını ve eş zamanlı olarak tabakaların yanal boyutunun azaldığını buldular. Yoğunluk fonksiyoneli teorisi hesaplamaları, RuO2 katmanlarının küçük yanal boyutlara bölünmesiyle eksfoliasyonun aktivasyon enerjisinin önemli ölçüde azaldığını gösterdi. Bu boyut küçülmesi, sonikasyonun metal oksit katmanlarının daha kolay parçalanmasına yardımcı olması nedeniyle gerçekleşir. Bu araştırma, ultrason kullanımının tek katmanlı rutenyum oksit nano tabakaları üretmek için iyi ve kolay bir yol olduğunu vurgular. Bu, ultrason destekli bir iyon değişimi prosesinin 2D metal oksit nano tabakalarının üretimi için kolay ve verimli bir yaklaşım sunduğunu gösterir. Ultrasonik eksfoliasyonun avantajları, ultrasonik eksfoliasyon ve delaminasyonun grafen ve borofen dahil, ksenler olarak da bilinen 2D nanomalzemeler için neden yaygın bir üretim tekniği olarak kullanıldığını açıklar.

Ultrasonik eksfoliasyon, rutenyum oksit 2D nano tabakalarının büyük ölçekte, yüksek verimlilikle ve hızlandırılmış biçimde üretilmesini destekler
(çalışma ve görseller: ©Kim et al., 2021).

Ultrason Destekli Rutenyum Oksit Eksfoliasyonu Protokolü

Aşağıdaki protokol, Kim et al. (2021) tarafından açıklanan ultrason destekli iyon değişimi reaksiyonu prosesi kullanılarak RuO2 nano tabakalarının sentezlenmesi için adım adım talimatlar sunar.
 

1. RuO2 ve bir interkalasyon ajanını çözücüde (2-propanol) çözündürüp 3 güne kadar karıştırarak bunların bir çözeltisini hazırlayın.
2. RuO2 nano tabakalarının verimini %50’den fazla artırmak ve RuO2 katmanlarını eşit derecede küçük yanal boyutlara bölmek için prob tipi bir sonikatör (örneğin, BS4d22 sonotrotlu prob tipi UP1000hdT sonikatörü (1000W, 20kHz)) kullanarak çözeltiye 15 dakika boyunca ultrason enerjisi uygulayın.
3. Eksfoliasyonun aktivasyon enerjisinin önemli ölçüde azaldığını doğrulamak için yoğunluk fonksiyoneli teorisi hesaplamalarını kullanın.
4. Çeşitli uygulamalarda kullanılabilecek olan, elde edilen RuO2 nano tabakalarını toplayın.

 
RuO2 nano tabakalarının ultrasonik eksfoliasyonuna yönelik bu protokolün basitliği, ultrasonik nano tabaka üretiminin avantajlarını vurgular. Sonikasyon, yaklaşık 1 nm kalınlığında, yüksek kaliteli, tek katmanlı RuO2 nano tabakaları üretmek için oldukça verimli bir tekniktir. Protokolün ayrıca ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir olduğu bulunmuştur; bu da onu elektronik, kataliz ve enerji depolama alanlarındaki çeşitli uygulamalar için RuO2 nano tabakalarının büyük ölçekli üretimine uygun hale getirir.
 
SnOx Nano Pullarının Sonokimyasal Sentezi hakkında daha fazla bilgi edinin!
 

Suda bir grafit pulunun, 3-mm sonotrotlu 200W UP200S sonikatörü kullanılarak sonomekanik eksfoliasyonunu gösteren yüksek hızlı kare dizisi (a’dan f’ye). Oklar, yarığa nüfuz eden kavitasyon kabarcıklarıyla birlikte ayrılma (eksfoliasyon) yerini gösterir.
(çalışma ve görseller: © Tyurnina et al. 2020

RuO2 Eksfoliasyonu için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Yüksek kaliteli rutenyum oksit nano tabakalarının ve diğer ksenlerin üretimi için güvenilir, yüksek performanslı ultrasonik ekipman gereklidir. Genlik, basınç ve sıcaklık, tekrarlanabilirlik ve tutarlı ürün için kritik öneme sahip temel parametrelerdir. Hielscher Ultrasonics işlemcileri, proses parametrelerinin tam olarak ayarlanmasına ve sürekli yüksek güçlü ultrason çıkışına olanak tanıyan, güçlü ve hassas biçimde kontrol edilebilen sistemlerdir. Hielscher endüstriyel sonikatörleri çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerde 24/7 çalışma kolaylıkla ve kesintisiz olarak sürdürülebilir. Daha da yüksek genlikler için özel olarak uyarlanmış ultrasonik sonotrotlar mevcuttur. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Müşterilerimiz, Hielscher Ultrasonics sistemlerinin olağanüstü sağlamlığından ve güvenilirliğinden memnundur. Ağır hizmet uygulama alanlarına (örneğin, büyük ölçekli nanomalzeme işleme) ve zorlu ortamlara kurulum ile 24/7 çalışma, verimli ve ekonomik işlemeyi güvence altına alır. Ultrasonik proses yoğunlaştırma, işlem süresini azaltır ve daha iyi sonuçlar, yani daha yüksek kalite, daha yüksek verim ve yenilikçi ürünler elde edilmesini sağlar.

Tasarım, Üretim ve Danışmanlık – Almanya’da Üretilen Kalite

Hielscher sonikatörleri, en yüksek kalite ve tasarım standartlarıyla tanınır. Sağlamlık ve kolay kullanım, sonikatörlerimizin endüstriyel tesislere sorunsuz entegrasyonuna olanak tanır. Hielscher sonikatörleri, ağır koşullar ve zorlu ortamlarla kolayca başa çıkar.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknolojiye ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir: