Нанолисти оксиду рутенію за допомогою ультразвукового пілінгу

Моношарові нанолисти оксиду рутенію можна ефективно виготовляти за допомогою ультразвуку зондового типу. Основними перевагами ультразвукового відлущування нанолистів є ефективність процесу, високий вихід продукції, коротка обробка та легка, безпечна робота. Завдяки високій ефективності та чудовій якості вироблених нанолистів, ультразвук використовується для промислового виробництва численних нанолистів, включаючи графен і борофен.

Ультразвукове відлущування нанолистів оксиду рутенію

Нанолисти оксиду рутенію (RuO2, також відомого як рутенат) мають унікальні властивості, такі як висока провідність, низький питомий опір, висока стабільність, висока робоча функція та хороша сприйнятливість до сухого травлення. Це робить оксид рутенію хорошим матеріалом для електродів у пристроях пам'яті та транзисторах.

SEM-зображення відлущених нанолистів RuO2 за допомогою а) 1 хвилини та б) 7 хвилин ультразвуку.(дослідження та ілюстрації: ©Кім та ін., 2021)

Приклад з практики: високоефективне відлущування RuO2 за допомогою ультразвукового апарату зондового типу

Kim et al. (2021) у своєму дослідженні показали значне покращення відлущування моношарових нанолистів оксиду рутенію. Дослідник створив високі виходи тонких листів оксиду металу RuO2 за допомогою ультразвуку. Звичайний процес інтеркаляції за допомогою реакцій іонного обміну є повільним і призводить до утворення лише обмеженої кількості двовимірних (2D) нанолистів через розмір молекул та хімічну енергію, необхідну для реакції. Для того, щоб прискорити процес і збільшити кількість вироблених нанолистів оксиду рутенію, вони інтенсифікували процес відлущування, застосовуючи енергію ультразвуку до розчину оксиду RuO2. Вони виявили, що вже через 15 хвилин ультразвуку кількість листів збільшилася більш ніж на 50%, одночасно зменшився бічний розмір листів. Розрахунки теорії функціоналу густини показали, що енергія активації відлущування значно зменшується при розщепленні шарів RuO2 на невеликий бічний розмір. Таке зменшення розміру відбувається тому, що ультразвукове дослідження допомогло легше розбити шари оксиду металу. Це дослідження підкреслює, що використання ультразвуку є хорошим і простим способом виготовлення моношарових нанолистів оксиду рутенію. Це свідчить про те, що процес іонного обміну з ультразвуковою підтримкою пропонує легкий та ефективний підхід для виготовлення 2D-нанолистів оксиду металу. Переваги ультарсонового відлущування пояснюють, чому ультразвукове відлущування та деламінація широко використовується як техніка виробництва 2D-наноматеріалів, також відомих як ксени, включаючи графен та борофен.

Ультразвукове відлущування сприяє високоефективному та прискореному виробництву 2D-нанолистів оксиду рутенію у великих масштабах(дослідження та ілюстрації: ©Кім та ін., 2021).

Протокол відлущування оксидом рутенію за допомогою ультразвуку

Наступний протокол є покроковою інструкцією для синтезу нанолистів RuO2 за допомогою процесу реакції іонообміну, що підтримується ультразвуком, як описано Kim et al. (2021).
 

1. Приготуйте розчин RuO2 і інтеркаланту, розчинивши їх в розчиннику (2-пропанол) і перемішуючи до 3 діб.
2. Нанесіть ультразвукову енергію за допомогою ультразвукового апарату зондового типу (наприклад, зондового ультразвукового апарату UP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) з сонотродом BS4d22) на розчин протягом 15 хвилин, щоб збільшити вихід нанолистів RuO2 більш ніж на 50% і розбити шари RuO2 на рівномірно малий бічний розмір.
3. Використовуйте розрахунки теорії функціоналу щільності, щоб підтвердити, що енергія активації відлущування значно знижується.
4. Зберіть отримані нанолисти RuO2, які можна використовувати для різних застосувань.

 
Простота цього протоколу для ультразвукового відлущування нанолистів RuO2 підкреслює переваги виробництва ультразвукових нанолистів. Ультразвук – це високоефективна методика отримання високоякісних одношарових нанолистів RuO2 товщиною приблизно 1 нм. Також було виявлено, що протокол масштабується та відтворюється, що робить його придатним для великомасштабного виробництва нанолистів RuO2 для різних застосувань в електроніці, каталізі та зберіганні енергії.

Високошвидкісна послідовність (від a до f) кадрів, що ілюструють сономеханічне відлущування графітової лусочки у воді за допомогою UP200S, ультразвукового апарату потужністю 200 Вт з сонотродом 3 мм. Стрілками показано місце розщеплення (відлущування) з кавітаційними бульбашками, що проникають в розщепів.(дослідження та ілюстрації: © Тюрніна та ін., 2020

Високоефективні ультразвукові апарати для відлущування RuO2

Для виробництва високоякісних нанолистів оксиду рутенію та інших ксенів потрібне надійне високопродуктивне ультразвукове обладнання. Амплітуда, тиск і температура є важливими параметрами, які мають вирішальне значення для відтворюваності та стабільності продукту. Процесори Hielscher Ultrasonics - це потужні і точно керовані системи, які дозволяють точно встановлювати параметри процесу і безперервний вихід ультразвуку високої потужності. Промислові ультразвуки Hielscher можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наші клієнти задоволені видатною міцністю та надійністю систем Hielscher Ultrasonics. Установка в областях важкого застосування (наприклад, великомасштабна обробка наноматеріалів), вимогливих середовищах і робота 24/7 забезпечують ефективну та економічну обробку. Ультразвукова інтенсифікація процесу скорочує час обробки і дозволяє досягти кращих результатів, тобто більш високої якості, більш високих виходів, інноваційних продуктів.

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: