Nano-provodljivi ljepila za elektroniku visokih performansi
Ultrazvučni disperzatori se koriste kao pouzdana tehnika miješanja i mljevenja u proizvodnji ljepila visokih performansi za elektroniku visokih performansi i nanoelektroniku. U proizvodnji elektronike visokih performansi, ljepila poput nano-provodljivih ljepila su u velikoj potražnji. Ovakva ljepila visokih performansi koriste se npr. kao alternativni spojevi i mogu zamijeniti kalaj/olovni lem.
Ljepila visokih performansi za elektroniku visokih performansi
Za proizvodnju elektronike visokih performansi potrebna su ljepila visoke ljepljivosti metala i toplinske provodljivosti za odvajanje topline i izolaciju. Nanočestice kao što su srebro, nikl, grafen, grafen oksid i ugljične nanocijevi (CNT) često se ugrađuju u epoksidne smole i polimere kako bi se postigla željena funkcionalna svojstva kao što su električna provodljivost ili izolacija, toplotna provodljivost, vlačna čvrstoća, Youngov modul i fleksibilnost . Ljepila visokih performansi razvijena za elektroniku visokih performansi koriste metalna punila (kao što su nanočestice srebra, zlata, nikla ili bakra) za pružanje električne provodljivosti. Da bi se otkrila izvanredna svojstva ovih materijala, njihova veličina se mora svesti na nano-razmjeru. Kako je smanjenje veličine i disperzija nanočestica izazovan zadatak, moćna tehnologija mljevenja i dispergiranja ključna je za uspješne formulacije ljepila.
- Električno provodljiva ljepila (ECA)
- – Izotropno provodljivi adhezivi (ICA)
- – Anizotropna provodljiva ljepila (ACA)
- Neprovodna / električno izolacijska ljepila
Industrijska instalacija ultrazvučnih disperzatora (2x UIP1000hdT) za obradu nanočestica i nanocevi u kontinuiranom in-line modu.
Ultrazvučno raspršivanje nudi različite prednosti u poređenju sa tradicionalnim tehnikama miješanja i mljevenja. Zbog svoje pouzdanosti i efikasnosti, sonikacija je uspostavljena u obradi nanomaterijala i može se naći u bilo kojoj industriji u kojoj se nanočestice sintetišu i/ili ugrađuju u tečnosti. Ultrazvučna obrada je stoga idealna tehnika za proizvodnju nano-provodljivih ljepila koji sadrže nano-punila kao što su nanočestice, nanožice ili ugljične nanocijevi i monoslojevi grafena (nanoploče).
ECAs: Istaknuti primjer je formulacija električno provodljivih ljepila (ECA), koji su kompoziti napravljeni od polimerne matrice i električno vodljivih punila. Kako bi se formulirao ljepilo visokih performansi za elektronske aplikacije, polimerna smola (npr. epoksid, silikon, poliimid) mora osigurati fizičke i mehaničke funkcije kao što su prianjanje, mehanička čvrstoća, čvrstoća na udar, dok metalni punilac (npr. nano -srebro, nano-zlato, nano-nikl ili nano-bakar) stvara superiornu električnu provodljivost. Za ljepila sa izolacijskim svojstvima, punila na mineralnoj bazi su ugrađena u kompozit ljepila.
Prije i poslije ultrazvučne obrade: zelena kriva pokazuje veličinu čestica prije ultrazvučne obrade, crvena krivulja je raspodjela veličine čestica ultrazvučno raspršenog silicijum dioksida.
Ultrazvučna disperzija nanomaterijala u viskozne adhezive
Ultrazvučni homogenizatori su vrlo efikasni kada se aglomerati čestica, agregati, pa čak i primarne čestice moraju pouzdano smanjiti u veličini. Prednost ultrazvučnih miksera je njihova sposobnost mljevenja čestica na manje i ujednačenije veličine čestica, bez obzira da li su mikrone ili nano-čestice ciljane kao rezultat procesa. Dok druge tehnologije kao što su mješalice s oštricama ili rotor-stator, homogenizatori visokog pritiska, mlinovi za perle itd. pokazuju nedostatke kao što su nemogućnost proizvodnje jednoliko malih nanočestica, kontaminacija medija za mljevenje, začepljene mlaznice i visoka potrošnja energije, ultrazvučni disperzatori koriste princip rada akustične kavitacije. Kavitacija izazvana ultrazvukom pokazala se kao visoko efikasna, energetski efikasna i sposobna da rasprši čak i visoko viskozne materijale kao što su paste pune nanočestica.
PLGA nanočestice. (A): Raspodjela veličina čestica pripremljenih pri koncentraciji polimera/moći ultrazvuka od 2%/ 32W, 5%/ 32W i 2%/ 25W%; vrijeme zadržavanja = 14 s. (B), (C): SEM slike čestica pripremljenih od 2 i 5% rastvora polimera, respektivno. Vrijeme boravka = 14s; snaga ultrazvuka = 32W. Šipke predstavljaju 1 mikron.
(Studija i slike: © Freitas et al., 2006.)
Kako radi ultrazvučno raspršivanje?
Kavitacijske posmične sile i struje tekućine ubrzavaju čestice tako da se sudaraju jedna s drugom. Ovo je poznato kao sudar između čestica. Same čestice djeluju kao medij za mljevenje, čime se izbjegava kontaminacija mljevenjem perli i naknadnim procesom odvajanja, koji je neophodan kada se koriste konvencionalni mlinovi za perle. Budući da se čestice razbijaju sudarom između čestica pri vrlo velikim brzinama do 280 m/s, na čestice se primjenjuju izuzetno velike sile, koje se stoga razbijaju na sitne frakcije. Trenje i erozija daju tim fragmentima čestice uglačanu površinu i ujednačen oblik. Kombinacija sila smicanja i sudara između čestica daje ultrazvučnoj homogenizaciji i disperziji povoljan rub koji daje visoko homogene koloidne suspenzije i disperzije!
Još jedna prednost velikih sila smicanja koje generiše ultrazvuk je efekat stanjivanja smicanja. Na primjer, ultrazvučno pripremljene epoksidne smole punjene oksidiranim CNT-ima pokazuju ponašanje pri smicanju. Kako razrjeđivanje smicanjem privremeno smanjuje viskozitet fluida, olakšava se obrada viskoznih kompozita.
Brza sekvenca (od a do f) okvira koja ilustruje sono-mehaničku eksfolijaciju grafitne pahuljice u vodi pomoću UP200S, ultrazvučnog aparata od 200 W sa sonotrodom od 3 mm. Strelice pokazuju mjesto cijepanja (pilinga) sa mjehurićima kavitacije koji prodiru u rascjep.
(Studija i slike:© Tyurnina et al. 2020)
UIP1000hdT – Ultrazvučna stolna postavka za pripremu nanokompozita, npr. za ljepila visokih performansi.
- efikasna nano-obrada: efikasna & usteda vremena
- prilagodljiv specifičnim formulacijama proizvoda
- Uniform Processing
- Precizno kontrolisani uslovi procesa
- ponovljivi rezultati
- isplativost
- siguran rad
- jednostavna instalacija, nisko održavanje
- linearno povećanje do bilo kojeg volumena
- ekološki prihvatljiv
Poređenje različitih nanopunila dispergovanih u učvršćivaču (ultrazvuk—US): (a) 0,5 tež.% ugljeničnih nanovlakna (CNF); (b) 0,5 tež% CNToxi; (c) 0,5 tež% ugljenične nanocevi (CNT); (d) 0,5 tež% CNT polu-dispergovan.
(Studija i slika: © Zanghellini et al., 2021.)
Ultrasonikatori velike snage za formulisanje adheziva visokih performansi
Hielscher Ultrasonics je specijalista kada je u pitanju ultrazvučna oprema visokih performansi za obradu tekućina i kaša. Ultrazvučni disperzatori omogućavaju obradu visoko viskoznih materijala kao što su visoko punjene smole i osiguravaju ujednačenu distribuciju nanomaterijala unutar kompozita.
Precizna kontrola ultrazvučnih parametara procesa kao što su amplituda, unos energije, temperatura, pritisak i vrijeme omogućavaju prilagođavanje ljepila u nanometarskom rasponu.
Bilo da vaša formulacija zahtijeva disperziju organskih ili anorganskih nano-punila kao što su nanocijevi, nano-kristali celuloze (CNC), nanovlakna ili nano-metali, Hielscher Ultrasonics ima idealnu ultrazvučnu postavku za vašu formulaciju ljepila.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude i sposobni su za deaglomeraciju i dispergiranje nanomaterijala čak i pri vrlo visokim viskozitetima. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi kontinuirano u radu 24 sata dnevno.
Hielscher ultrasonicatori su poznati po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- Zanghellini, B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Aradhana, Ruchi; Mohanty, Smita; Nayak, Sanjay (2019): High performance electrically conductive epoxy/reduced graphene oxide adhesives for electronics packaging applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 30(4), 2019.
- A. Montazeri, M. Chitsazzadeh (2014): Effect of sonication parameters on the mechanical properties of multi-walled carbon nanotube/epoxy composites. Materials & Design Vol. 56, 2014. 500-508.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.