Моношарові наношари оксиду рутенію можуть ефективно вироблятися за допомогою ультразвукового дослідження зондового типу. Основними перевагами ультразвукового відлущування наношару є ефективність процесу, висока врожайність, коротка обробка та догляд, безпечна експлуатація. Завдяки своїй високій ефективності та чудовій якості вироблених наношарів, ультразвук використовується для промислового виробництва численних наношарів, включаючи графен і борофен.

Ультразвукове відлущування наношарів оксиду рутенію

Наношари оксиду рутенію (RuO2, також відомий як рутенат) пропонують унікальні властивості, такі як висока провідність, низький опір, висока стабільність, висока робоча функція та хороша сприйнятливість до сухого травлення. Це робить оксид рутенію хорошим матеріалом для електродів в пристроях пам'яті і транзисторах.

SEM-зображення відшарованих наношарів RuO2 за допомогою а) 1 хвилини і б) 7 хвилин ультразвуку.
(дослідження та фотографії: ©Кім та ін., 2021)

Тематичне дослідження: високоефективне відлущування RuO2 за допомогою ультразвукового пристрою зондового типу

Kim et al. (2021) показали у своєму дослідженні значне покращення відлущування моношарових наношарів оксиду рутенію. Дослідник створив високі врожаї тонких оксидних листів металів RuO2 за допомогою ультразвуку. Звичайний процес інтеркаляції через реакції іонного обміну повільний і виробляє лише обмежену кількість двовимірних (2D) наношарів через розмір молекул і хімічну енергію, необхідну для реакції. Для того, щоб прискорити процес і збільшити кількість вироблених наношарів оксиду рутенію, вони інтенсифікували процес відлущування, застосовуючи енергію ультразвуку до розчину оксиду RuO2. Вони виявили, що всього через 15 хвилин ультразвуку кількість листів збільшилася більш ніж на 50%, одночасно бічний розмір листів зменшився. Розрахунки теорії функціоналу щільності показали, що енергія активації відшарування значно знижується при розщепленні шарів RuO2 на невеликий бічний розмір. Таке зменшення розміру відбувається тому, що ультразвукова обробка допомогла легше розбити шари оксиду металу. Це дослідження підкреслює, що використання ультразвуку є хорошим і простим способом зробити моношарові наношари оксиду рутенію. Це показує, що процес іонного обміну, підтримуваний ультразвуком, пропонує легкий та ефективний підхід до виготовлення наношарів оксиду 2D металів. Особливості ультарсонного відлущування пояснюють, чому ультразвукове відлущування та розшарування широко використовується як технологія виробництва 2D-наноматеріалів, також відомих як ксені, включаючи графен і борофен.

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

Протокол ультразвукової ексфоліації оксиду рутенію

Наступний протокол - це покрокова інструкція з синтезу наношарів RuO2 за допомогою процесу реакції іонного обміну, що підтримується ультразвуком, як описано Kim et al. (2021).
 

1. Готують розчин RuO2 і вставника, розчиняючи їх в розчиннику (2-пропанол) і помішуючи до 3 днів.
2. Нанесіть ультразвукову енергію за допомогою ультразвукового пристрою зондового типу (наприклад, ультразвуковий пристрій зондового типу UP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) з сонотродом BS4d22) до розчину протягом 15 хвилин, щоб збільшити вихід наношарів RuO2 більш ніж на 50% і розділити шари RuO2 на рівномірно малий бічний розмір.
3. Використовуйте розрахунки теорії функціоналу щільності для підтвердження того, що енергія активації відшарування значно знижується.
4. Зберіть отримані наношари RuO2, які можна використовувати для різних застосувань.

 
Простота цього протоколу для ультразвукового відлущування наношарів RuO2 підкреслює переваги виробництва ультразвукових наношарів. Ультразвукова обробка - це високоефективна техніка для виробництва високоякісних моношарових наношарів RuO2 товщиною приблизно 1 нм. Протокол також був визнаний масштабованим і відтворюваним, що робить його придатним для великомасштабного виробництва наношарів RuO2 для різних застосувань в електроніці, каталізі та зберіганні енергії.

Високошвидкісна послідовність (від a до f) кадрів, що ілюструють соно-механічне відлущування графітової пластівці у воді використовуючи UP200S, ультразвуковий пристрій потужністю 200 Вт з 3-мм сонотродом. Стрілками показано місце розщеплення (відлущування) з кавітаційними бульбашками, що пронизують розкол.
(дослідження та фотографії: © Tyurnina et al. 2020

Високопродуктивні ультразвукові апарати для відлущування RuO2

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

Дизайн, виробництво та консалтинг – Якість виробництва Німеччини

Hielscher ультраакукатори добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і проста експлуатація дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. Грубі умови та вимогливе середовище легко обробляються ультразвуковими апаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою ISO компанією і робить особливий акцент на високопродуктивних ультразвукових апаратах, що відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для користувачів. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher сумісні з CE і відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: