إنتاج الأحبار الموصلة بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع
- تُعد الجسيمات النانوية المشتتة بانتظام، مثل الفضة أو الغرافين أو CNTs، ذات حجم الجسيمات المضبوط بدقة، ضرورية لإنتاج أحبار عالية التوصيل الكهربائي.
- تتيح أجهزة التشتيت القوية بالموجات فوق الصوتية تخليق الجسيمات النانوية المعدنية (مثل Ag) والقائمة على الكربون (مثل CNTs والغرافين)، وتفكيك تكتلاتها وتوزيعها، وكذلك المواد المركبة النانوية ذات التوصيل الكهربائي الممتاز.
- تضمن أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية من Hielscher الحصول على مشتتات عالية الجودة، مع فعالية كبيرة وموثوقية وكفاءة من حيث التكلفة.
تشتيت الجسيمات النانوية الموصلة بالموجات فوق الصوتية
يتميز الحبر الموصل – كما يشير اسمه – بخاصية التوصيل الكهربائي. ولتحضير الأحبار والطلاءات الموصلة، يجب تشتيت المكونات التي توصل الكهرباء (الحشوات الموصلة) داخل قاعدة الحبر بدرجة عالية من التجانس. وتُدمج جسيمات نانوية مثل الفضة والنحاس وCNTs والغرافين والغرافيت، وجسيمات أخرى مطلية بالمعادن ومواد مركبة نانوية، لتحقيق توصيل كهربائي عالٍ.
تولّد أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية قوى قص شديدة للغاية، يمكن بواسطتها التغلب على قوى فان دير فالس والروابط الجزيئية. ويُعد التشتيت بالموجات فوق الصوتية التقنية المفضلة لتشتيت الجسيمات النانوية، لأن المعالجة بالموجات فوق الصوتية توفر توزيعًا ضيقًا جدًا لأحجام الحبيبات، وخصائص وظيفية عالية للجسيمات، ونتائج قابلة للتكرار.
مفاعل يعمل بالموجات فوق الصوتية بنظام الدُفعات لتشتيت المواد النانوية في الأحبار الموصلة.
- أحبار الفضة النانوية
- أحبار الغرافين (ذات محتوى مرتفع جدًا من الغرافين)
- أحبار النحاس (أسلاك نانوية وجسيمات نانوية)
- أحبار CNT
- أحبار SWNT
- أحبار الذهب النانوي
- مواد مركبة نانوية متنوعة
- أحبار قابلة للطباعة بتقنية 3D
- مواد لاصقة موصلة للكهرباء (ECAs)
تشتيت الجسيمات النانوية العازلة كهربائيًا بالموجات فوق الصوتية
لإكساب مادة مركبة خصائص عازلة، يجب تشتيت الجسيمات العازلة كهربائيًا، مثل SiO2 وZnO والمواد المركبة النانوية من الألومينا والإيبوكسي وغيرها، بصورة متجانسة كجسيمات منفردة داخل المصفوفة. ويضمن التشتيت بالموجات فوق الصوتية تفكيك التكتلات بحيث تتشتت الجسيمات النانوية جيدًا. ويُعد التوزيع الضيق جدًا للجسيمات ضروريًا لتحقيق أداء عازل موثوق للمادة.
أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة من Hielscher للمشتتات النانوية
تضمن أنظمة الموجات فوق الصوتية القوية تشتيتًا موثوقًا للجسيمات النانوية – بدءًا من المستوى المخبري والوحدات المنضدية وصولًا إلى النطاق الصناعي الكامل. وبالمقارنة مع موردي أجهزة الموجات فوق الصوتية الآخرين، تستطيع أنظمة Hielscher للموجات فوق الصوتية توفير سعات اهتزاز عالية جدًا تصل إلى 200µm – مع التشغيل المستمر على مدار 24/7 وباستخدام أشكال بسيطة للسونوترود. وإذا تطلّب تطبيق ما سعات اهتزاز أعلى و/أو درجات حرارة مرتفعة جدًا، توفر Hielscher سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية يمكنها توفير سعات اهتزاز >200µm وإدخالها في بيئات شديدة الحرارة (مثل المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمصهورات المعادن). وتفي متانة معدات Hielscher للموجات فوق الصوتية بالمعايير الصناعية. وقد صُممت جميع معداتنا للتشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات ذات المتطلبات الصعبة.
يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدُفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| من 10 إلى 2000mL | من 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| من 0.1 إلى 20L | من 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| من 10 إلى 100L | من 2 إلى 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | من 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أعلى | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
- حجم جسيمات مضبوط وفق المتطلبات
- توصيل كهربائي عالٍ
- محتوى مرتفع من الجسيمات
- لزوجات تتراوح من المنخفضة إلى العالية
- التحكم في العملية
- سهولة المعالجة
- السرعة
- الكفاءة من حيث التكلفة
جهاز المعالجة الصناعي بالموجات فوق الصوتية UIP16000 (16kW) لإنتاج الأحبار الموصلة
المؤلفات / المراجع
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.
معلومات جديرة بالمعرفة
الجسيمات النانوية الموصلة للكهرباء
تقدم الجسيمات النانوية (NPs) خصائص مادية فريدة قد تختلف اختلافًا كبيرًا عن خصائص المادة في صورتها الكتلية. وتأتي المواد النانوية بأشكال متنوعة. فقد تكون لها نسبة أبعاد مرتفعة للغاية تبلغ 1:1,000,000 (مثل الأنابيب النانوية)، أو شكل كروي تام. وإلى جانب الأنابيب والكرات، تتخذ الجسيمات النانوية أشكال قضبان وأسلاك وشعيرات بلورية وأزهار نانوية وألياف ورقائق ونقاط.
يلعب حجم الجسيمات النانوية وشكلها دورًا مهمًا في خصائصها، مثل مقاومة الشد والمرونة والخصائص الحرارية الميكانيكية والتوصيلية والعازلة كهربائيًا والمغناطيسية والبصرية. ولإكساب المواد المركبة هذه الخصائص الوظيفية، يجب تشتيت الجسيمات النانوية ومزجها بانتظام داخل المصفوفة. وللحصول على تشتيت بهذه الجودة العالية، تُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية التشتيت المفضلة.
تُستخدم الجسيمات النانوية الموصلة للكهرباء على نطاق واسع لإكساب الأحبار والطلاءات القدرة على التوصيل الكهربائي. وتُعد الفضة النانوية (nano-Ag) من أكثر الحشوات النانوية استخدامًا في الأحبار الموصلة. ويمكن صياغة الأحبار الموصلة القائمة على الفضة كأحبار مائية قابلة للطباعة بالشاشة، تتميز بالمرونة ومقاومة التجعد.
الأحبار الموصلة
الأحبار الموصلة هي بوليمرات موصلة (polyaniline أو polythiophene أو polypyrroles، إلخ.)، يمكن ترسيبها بالطباعة النافثة للحبر أو الطلاء بالدوران وغير ذلك. ويمكن تصنيف الأحبار الشائعة الموصلة للكهرباء إلى ثلاث فئات وفقًا لمكوناتها الموصلة، التي قد تكون معادن نبيلة أو بوليمرات موصلة أو مواد كربونية نانوية. وللأحبار الموصلة نطاق واسع من التطبيقات، وتُستخدم في تصنيع الإلكترونيات ومواد التغليف (PET والأغشية البلاستيكية) والمستشعرات والهوائيات وبطاقات/ملصقات RFID وشاشات اللمس وشاشات OLED والسخانات المطبوعة وغير ذلك الكثير.
يُعد PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)] من أكثر البوليمرات الموصلة استخدامًا، ويوفر مظهرًا شفافًا إلى جانب توصيله الكهربائي العالي. ويمكن تعزيز التوصيل الكهربائي لـ PEDOT:PSS بدرجة كبيرة بإضافة شبكة من أنابيب الكربون النانوية وأسلاك الفضة النانوية و/أو الغرافين. وتتوفر أحبار وتركيبات PEDOT:PSS المعدّلة لمختلف عمليات الطلاء والطباعة. وتُستخدم أحبار PEDOT:PSS المائية أساسًا في الطلاء بالقالب ذي الشق، والطباعة الفلكسوغرافية، والطباعة الغائرة الدورانية، والطباعة النافثة للحبر.
الأحبار العازلة كهربائيًا
الأحبار والطلاءات العازلة كهربائيًا غير موصلة للكهرباء، وتُستخدم في طباعة لوحات الدوائر الإلكترونية بالشاشة لإنشاء طبقة عازلة لحماية المواد الموصلة وتحسينها.
وتُستخدم الجسيمات النانوية العازلة كهربائيًا لإكساب الأحبار والمعاجين والطلاءات قدرة عازلة.
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية بأحجام تتراوح من الحجم المخبري إلى الحجم الصناعي.