Нанопластини оксиду рутенію за допомогою ультразвукового розшарування

Моношарові нанопластини оксиду рутенію можна ефективно виробляти за допомогою зондового ультразвукового оброблення. Основними перевагами ультразвукового розшарування нанопластин є ефективність процесу, високі виходи, коротка тривалість обробки та просте, безпечне експлуатування. Завдяки високій ефективності та надзвичайно високій якості отриманих нанопластин, ультразвукове оброблення використовується для промислового виробництва численних нанопластин, включаючи графен і борофен.

Ультразвукове розшарування нанопластин оксиду рутенію

Нанопластини оксиду рутенію (RuO2, також відомі як рутенат) мають унікальні властивості, такі як висока електропровідність, низький питомий опір, висока стабільність, висока робоча функція та добра схильність до сухого травлення. Це робить оксид рутенію хорошим матеріалом для електродів у пристроях пам’яті та транзисторах.

Зображення СЕМ розшарованих нанопластин RuO2 після a) 1 хвилини та b) 7 хвилин ультразвукового оброблення.
(дослідження та зображення: ©Kim et al., 2021)

Випадок дослідження: Високоефективне розшарування RuO2 за допомогою зондового ультразвукового апарату

Kim et al. (2021) показали у своєму дослідженні значне покращення розшарування моношарових нанопластин оксиду рутенію. Дослідники отримали високі виходи тонких нанопластин оксиду металу RuO2 за допомогою ультразвукового оброблення. Традиційний процес інтеркаляції через реакції іонного обміну є повільним і виробляє лише обмежені кількості двовимірних (2D) нанопластин через розмір молекул та хімічну енергію, необхідну для реакції. Щоб прискорити процес і збільшити кількість вироблених нанопластин оксиду рутенію, вони інтенсифікували процес розшарування, застосовуючи ультразвукову енергію до розчину оксиду RuO2. Вони виявили, що після лише 15 хвилин ультразвукового оброблення кількість пластин збільшилася більш ніж на 50%, одночасно бічний розмір пластин зменшився. Розрахунки теорії функціонала густини показали, що енергія активації розшарування значно зменшується за рахунок розщеплення шарів RuO2 на малий бічний розмір. Це зменшення розміру відбувається тому, що ультразвукове оброблення допомогло легше розірвати шари оксиду металу. Це дослідження підкреслює, що використання ультразвуку є хорошим і простим способом виробництва моношарових нанопластин оксиду рутенію. Це показує, що процес іонного обміну, підтримуваний ультразвуком, пропонує простий і ефективний підхід для виготовлення 2D нанопластин оксидів металів. Переваги ультразвукового розшарування пояснюють, чому ультразвукове розшарування та розділення шарів широко використовується як техніка виробництва 2D наноматеріалів, також відомих як ксени, включаючи графен і борофен.

Ультразвукове розшарування сприяє високоефективному та прискореному виробництву 2D нанопластин оксиду рутенію у великих масштабах
(дослідження та зображення: ©Kim et al., 2021).

Протокол ультразвуково-підтримуваного розшарування оксиду рутенію

Наступний протокол є покроковою інструкцією для синтезу нанопластин RuO2 за допомогою процесу реакції іонного обміну, підтримуваного ультразвуком, як описано Kim et al. (2021).
 

1. Приготуйте розчин RuO2 та інтеркалянта, розчинивши їх у розчиннику (2-пропанолі) та перемішуючи протягом до 3 днів.
2. Застосуйте ультразвукову енергію за допомогою зондового ультразвукового апарату (наприклад, зондовий ультразвуковий апарат UP1000hdT (1000W, 20kHz) із сонотродом BS4d22) до розчину протягом 15 хвилин, щоб збільшити вихід нанопластин RuO2 більш ніж на 50% та розщепити шари RuO2 на однорідно малий бічний розмір.
3. Використовуйте розрахунки теорії функціонала густини, щоб підтвердити, що енергія активації розшарування значно зменшується.
4. Зберіть отримані нанопластини RuO2, які можна використовувати для різних застосувань.

 
Простота цього протоколу для ультразвукового розшарування нанопластин RuO2 підкреслює переваги виробництва нанопластин за допомогою ультразвуку. Ультразвукове оброблення є високоефективною технікою для виробництва високоякісних моношарових нанопластин RuO2 з товщиною приблизно 1 nm. Протокол також виявився масштабованим і відтворюваним, що робить його придатним для виробництва нанопластин RuO2 у великих масштабах для різних застосувань в електроніці, каталізі та зберіганні енергії.
 
Читайте більше про сонохімічний синтез нанопластинок SnOx!
 

Високошвидкісна послідовність (від a до f) кадрів, що ілюструють сономеханічне розшарування пластинки графіту у воді за допомогою UP200S, ультразвукового апарату потужністю 200W із 3-mm сонотродом. Стрілки показують місце розщеплення (розшарування) з кавітаційними бульбашками, що проникають у розщеплення.
(дослідження та зображення: © Tyurnina et al. 2020

Високопродуктивні ультразвукові апарати для розшарування RuO2

Для виробництва високоякісних нанопластин оксиду рутенію та інших ксенів необхідне надійне високоефективне ультразвукове обладнання. Амплітуда, тиск і температура є важливими параметрами, які мають вирішальне значення для відтворюваності та стабільності продукту. Процесори Hielscher Ultrasonics є потужними та точно контрольованими системами, які дозволяють точно встановлювати параметри процесу та забезпечувати безперервний вихід потужного ультразвуку. Промислові ультразвукові апарати Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати безперервно в режимі роботи 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати в режимі 24/7 при важких навантаженнях та у вимогливих середовищах.
Наші клієнти задоволені винятковою надійністю та стабільністю систем Hielscher Ultrasonics. Встановлення у сферах застосування з важкими навантаженнями (наприклад, обробка наноматеріалів у великих масштабах), вимогливі середовища та робота 24/7 забезпечують ефективну та економічну обробку. Інтенсифікація процесу за допомогою ультразвуку зменшує час обробки та досягає кращих результатів, тобто вищої якості, вищих виходів, інноваційних продуктів.

Дизайн, виробництво та консультування – якість, вироблена в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність та простота експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об’єкти. Грубі умови та вимогливі середовища легко витримуються ультразвуковими апаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за ISO, і приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим апаратам, що мають передові технології та зручність використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA та RoHs.

Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: