Ruthenium oxide monolayer nanosheets có thể sản xuất hiệu quả bằng cách sử dụng ultrasonication loại thăm dò. Ưu điểm chính của tẩy da chết tấm nano siêu âm là hiệu quả quá trình, năng suất cao, điều trị ngắn và dễ dàng, hoạt động an toàn. Do hiệu quả cao và chất lượng vượt trội của các tấm nano được sản xuất, ultrasonication được sử dụng để sản xuất công nghiệp nhiều tấm nano bao gồm graphene và borophene.

Siêu âm tẩy da chết của Ruthenium Oxide Nanosheets

Các tấm nano oxit rutheni (RuO2, còn được gọi là ruthenate) cung cấp các tính chất độc đáo như độ dẫn điện cao, điện trở suất thấp, độ ổn định cao, chức năng làm việc cao và dễ bị khắc khô. Điều này làm cho oxit rutheni trở thành một vật liệu tốt cho các điện cực trong các thiết bị bộ nhớ và bóng bán dẫn.

Hình ảnh SEM của các tấm nano RuO2 tẩy tế bào chết bằng cách sử dụng a) 1 phút và b) 7 phút siêu âm.
(nghiên cứu và hình ảnh: ©Kim và cộng sự, 2021)

Nghiên cứu điển hình: Tẩy da chết RuO2 hiệu quả cao bằng cách sử dụng Ultrasonicator loại thăm dò

Kim et al. (2021) đã cho thấy trong nghiên cứu của họ sự cải thiện đáng kể trong việc tẩy da chết của các tấm nano đơn lớp oxit ruthenium. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra năng suất cao của các tấm oxit kim loại RuO2 mỏng bằng cách sử dụng siêu âm. Quá trình xen kẽ thông thường thông qua các phản ứng trao đổi ion chậm và chỉ tạo ra một lượng hạn chế các tấm nano hai chiều (2D) do kích thước của các phân tử và năng lượng hóa học cần thiết cho phản ứng. Để làm cho quá trình nhanh hơn và tăng lượng tấm nano oxit ruthenium được sản xuất, họ đã tăng cường quá trình tẩy da chết bằng cách áp dụng năng lượng siêu âm vào dung dịch oxit RuO2. Họ phát hiện ra rằng chỉ sau 15 phút siêu âm, số lượng tấm tăng hơn 50%, đồng thời kích thước bên của các tấm giảm. Các tính toán lý thuyết chức năng mật độ đã chứng minh rằng năng lượng kích hoạt của tẩy da chết giảm đáng kể bằng cách tách các lớp RuO2 thành một kích thước bên nhỏ. Điều này giảm kích thước xảy ra bởi vì sonication đã giúp phá vỡ các lớp oxit kim loại dễ dàng hơn. Nghiên cứu này nhấn mạnh rằng sử dụng siêu âm là một cách tốt và dễ dàng để tạo ra các tấm nano đơn lớp oxit ruthenium. Điều này cho thấy rằng một quá trình trao đổi ion hỗ trợ siêu âm cung cấp một cách tiếp cận dễ dàng và hiệu quả để chế tạo các tấm nano oxit kim loại 2D. Các trang phục của tẩy da chết ultarsonic giải thích tại sao tẩy da chết siêu âm và tách được sử dụng rộng rãi như là kỹ thuật sản xuất vật liệu nano 2D, còn được gọi là xenes, bao gồm graphene và borophene.

Tẩy da chết siêu âm thúc đẩy sản xuất hiệu quả cao và tăng tốc của tấm nano 2D oxit ruthenium ở quy mô lớn
(nghiên cứu và hình ảnh: ©Kim và cộng sự, 2021).

Giao thức tẩy da chết Ruthenium Oxide hỗ trợ siêu âm

Giao thức sau đây là hướng dẫn từng bước để tổng hợp các tấm nano RuO2 bằng cách sử dụng quá trình phản ứng trao đổi ion được hỗ trợ siêu âm như được mô tả bởi Kim et al. (2021).
 

1. Chuẩn bị dung dịch RuO2 và chất xen kẽ bằng cách hòa tan chúng trong dung môi (2-propanol) và khuấy trong tối đa 3 ngày.
2. Áp dụng năng lượng siêu âm bằng cách sử dụng một ultrasonicator loại thăm dò (ví dụ, đầu dò loại ultrasonicator UP1000hdT (1000W, 20kHz) với sonotrode BS4d22) để giải pháp trong 15 phút để tăng năng suất của tấm nano RuO2 hơn 50% và để chia các lớp RuO2 thành một kích thước bên nhỏ đồng đều.
3. Sử dụng các tính toán lý thuyết chức năng mật độ để xác nhận năng lượng kích hoạt của tẩy da chết giảm đáng kể.
4. Thu thập các tấm nano RuO2 thu được, có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau.

 
Sự đơn giản của giao thức này để tẩy da chết siêu âm của tấm nano RuO2 nhấn mạnh lợi ích của sản xuất tấm nano siêu âm. Sonication là một kỹ thuật hiệu quả cao để sản xuất các tấm nano RuO2 đơn lớp chất lượng cao với độ dày khoảng 1nm. Giao thức này cũng được tìm thấy là có thể mở rộng và tái tạo, làm cho nó phù hợp để sản xuất các tấm nano RuO2 quy mô lớn cho các ứng dụng khác nhau trong điện tử, xúc tác và lưu trữ năng lượng.

Một chuỗi tốc độ cao (từ a đến f) của các khung hình minh họa sự tẩy da chết cơ học sono của một mảnh than chì trong nước sử dụng UP200S, một ultrasonicator 200W với sonotrode 3-mm. Mũi tên cho thấy nơi tách (tẩy da chết) với bong bóng xâm thực xuyên qua phần tách.
(nghiên cứu và hình ảnh: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonicators hiệu suất cao cho RuO2 Exfoliation

Để sản xuất các tấm nano oxit ruthenium chất lượng cao và các xenes khác, cần có thiết bị siêu âm hiệu suất cao đáng tin cậy. Các thông số thiết yếu về biên độ, áp suất và nhiệt độ, rất quan trọng đối với khả năng tái tạo và sản phẩm nhất quán. Bộ vi xử lý siêu âm Hielscher là hệ thống mạnh mẽ và có thể kiểm soát chính xác, cho phép thiết lập chính xác các thông số quá trình và đầu ra siêu âm công suất cao liên tục. Hielscher ultrasonicators công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Khách hàng của chúng tôi hài lòng bởi sự mạnh mẽ và độ tin cậy vượt trội của hệ thống siêu âm Hielscher. Việc lắp đặt trong các lĩnh vực ứng dụng nặng (ví dụ: xử lý vật liệu nano quy mô lớn), môi trường đòi hỏi khắt khe và hoạt động 24/7 đảm bảo xử lý hiệu quả và tiết kiệm. Tăng cường quá trình siêu âm làm giảm thời gian xử lý và đạt được kết quả tốt hơn, tức là chất lượng cao hơn, năng suất cao hơn, sản phẩm sáng tạo.

Thiết kế, Sản xuất và Tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi khắt khe dễ dàng được xử lý bởi ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ hiện đại và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: