Нанопроводими лепила за високоефективна електроника

Ултразвуковите диспергатори се използват като надеждна техника за смесване и смилане при производството на високоефективни лепила за високоефективна електроника и наноелектроника. При производството на високоефективна електроника лепила като нанопроводими лепила са много търсени. Такива високоефективни лепила се използват например като алтернативни връзки и могат да заменят калай/оловна спойка.

Високоефективни лепила за високоефективна електроника

За производството на високоефективна електроника са необходими лепила с висока метална адхезивност и топлопроводимост за топлинно отделяне и изолация. Наночастици като сребро, никел, графен, графенов оксид и въглеродни нанотръби (CNT) често се включват в епоксидни смоли и полимери, за да се получат желаните функционални свойства като електрическа проводимост или изолация, топлопроводимост, якост на опън, модул на Йънг и гъвкавост. Високоефективните лепила, разработени за високоефективна електроника, използват метални пълнители (като сребро, злато, никел или медни наночастици), за да осигурят електрическа проводимост. За да се отключат изключителните свойства на тези материали, размерът им трябва да бъде намален до наномащаб. Тъй като намаляването на размера и дисперсията на наночастиците е предизвикателна задача, мощната технология за фрезоване и диспергиране е от ключово значение за успешните лепилни формулировки.

Ултразвуковото диспергиране предлага различни предимства в сравнение с традиционните техники за смесване и фрезоване. Поради своята надеждност и ефективност, ултразвукът е установен при обработката на наноматериали и може да се намери във всяка индустрия, където наночастиците се синтезират и/или включват в течности. Следователно ултразвукът е идеалната техника за производство на нанопроводими лепила, които съдържат нано-пълнители като наночастици, нанопроводници или въглеродни нанотръби и графенови монослоеве (нанолистове).
ЕСП: Ярък пример е формулирането на електропроводими лепила (ECA), които са композити, изработени от полимерна матрица и електропроводими пълнители. За да се формулира високоефективно лепило за електронни приложения, полимерната смола (напр. епоксидна, силиконова, полиимидна) трябва да осигурява физически и механични функционалности като адхезия, механична якост, якост на удар, докато металният пълнител (напр. наносребро, нанозлато, наникел или наномед) създава превъзходна електрическа проводимост. За лепила с изолационни свойства в лепилния композит са включени пълнители на минерална основа.

Преди и след ултразвук: Зелената крива показва размера на частиците преди ултразвуков оксид, червената крива е разпределението на размера на частиците на ултразвуково диспергиран силициев диоксид.

Ултразвукова дисперсия на наноматериали във вискозни лепила

Ултразвуковите хомогенизатори са много ефективни, когато агломератите на частиците, агрегатите и дори първичните частици трябва да бъдат надеждно намалени по размер. Предимството на ултразвуковите смесители е способността им да смилат частици до по-малки и по-еднородни размери на частиците, независимо дали микронните или наночастиците са насочени като резултат от процеса. Докато други технологии като смесители с лопатки или ротор-статор, хомогенизатори под високо налягане, мелници за перли и др. показват недостатъци като невъзможност за производство на равномерно малки наночастици, замърсяване от фрезова среда, запушени дюзи и висока консумация на енергия, ултразвуковите диспергатори използват принципа на работа на акустична кавитация. Кавитацията, генерирана от ултразвук, е доказана като високоефективна, енергийно ефективна и способна да диспергира дори силно вискозни материали като заредени с наночастици пасти.

Как работи ултразвуковото диспергиране?

Кавитационните сили на срязване и течните потоци ускоряват частиците, така че те се сблъскват помежду си. Това е известно като сблъсък между частиците. Самите частици действат като среда за смилане, което избягва замърсяването чрез смилане на мъниста и последвалия процес на разделяне, който е необходим, когато се използват конвенционални мелници за мъниста. Тъй като частиците се разбиват при сблъсък между частиците при много високи скорости до 280 m/sec, върху частиците се прилагат изключително високи сили, които следователно се разпадат на малки фракции. Триенето и ерозията придават на тези частици полирана повърхност и равномерно оформена форма. Комбинацията от сили на срязване и сблъсък между частиците придава на ултразвуковата хомогенизация и дисперсия предимството, осигурявайки силно хомогенни колоидни суспензии и дисперсии!
Друго предимство на силите на срязване, генерирани от ултразвука, е ефектът от изтъняването на срязването. Например, ултразвуково приготвените епоксидни смоли, пълни с окислени CNT, показват поведение на изтъняване при срязване. Тъй като изтъняването на срязването временно намалява вискозитета на течността, обработката на вискозни композити се улеснява.

Високоскоростна последователност (от a до f) кадри, илюстриращи сономеханично ексфолиране на графитна люспа във вода с помощта на UP200S, 200W ултразвуков уред с 3-милиметров сонотрод. Стрелките показват мястото на разцепване (ексфолиране) с кавитационни мехурчета, проникващи в разцепването.
(Проучване и снимки: © Tyurnina et al. 2020)

Сравнение на различни нанопълнители, диспергирани в втвърдител (ултразвук – САЩ): а) 0,5 тегловни % въглеродни нановлакна (CNF); б) 0,5 тегловни % CNToxi; в) 0,5 тегловни % въглеродни нанотръби (CNT); г) 0,5 тегловни % CNT полудиспергиран.
(Проучване и снимка: © Zanghellini et al., 2021)

Високомощни ултразвукови апарати за формулиране на високоефективни лепила

Hielscher Ultrasonics е специалист, когато става въпрос за високопроизводително ултразвуково оборудване за обработка на течности и суспензии. Ултразвуковите диспергатори позволяват да се обработват високовискозни материали като силно напълнени смоли и осигуряват равномерно разпределение на наноматериалите в композитите.
Прецизният контрол върху ултразвуковите параметри на процеса като амплитуда, входяща енергия, температура, налягане и време позволяват приспособяване на лепила в нанометровия диапазон.
Независимо дали вашата формула изисква дисперсия на органични или неорганични нано-пълнители като нанотръби, целулозни нанокристали (CNC), нановлакна или нанометали, Hielscher Ultrasonics има идеалната ултразвукова настройка за вашата лепилна формула.
Hielscher Ultrasonics’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да осигурят много високи амплитуди и са способни да деагломерират и разпръскват наноматериали дори при много висок вискозитет. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7.
Ултразвуковите апарати Hielscher са признати със своето качество, надеждност и здравина. Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: