Nanoprovodljiva ljepila za visokoučinkovitu elektroniku
Ultrazvučni disperzeri koriste se kao pouzdana tehnika miješanja i mljevenja u proizvodnji visokoučinkovitih ljepila za visokoučinkovitu elektroniku i nanoelektroniku. U proizvodnji visokoučinkovite elektronike velika je potražnja za ljepilima kao što su nanoprovodljiva ljepila. Takva visokoučinkovita ljepila koriste se npr. kao alternativni spojevi (interkonekcije) i mogu zamijeniti lem od kositra i olova.
Visokoučinkovita ljepila za visokoučinkovitu elektroniku
Za proizvodnju visokoučinkovite elektronike potrebna su ljepila s visokom adhezijom na metale i toplotnom provodljivošću za toplotno odvajanje i izolaciju. Nanočestice kao što su srebro, nikal, 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. Visokoučinkovita ljepila razvijena za visokoučinkovitu elektroniku koriste metalna punila (kao što su nanočestice srebra, zlata, nikla ili bakra) kako bi osigurala električnu provodljivost. Da bi se otključala izvanredna svojstva ovih materijala, njihova veličina mora se smanjiti na nanorazmjere. Budući da su smanjenje veličine i dispergiranje nanočestica zahtjevan zadatak, snažna tehnologija mljevenja i dispergiranja ključna je za uspješne formulacije ljepila.
- Električno provodljiva ljepila (ECA)
- – Izotropno provodljiva ljepila (ICA)
- – Anizotropno provodljiva ljepila (ACA)
- Neprovodljiva / električno izolacijska ljepila
Industrijska instalacija ultrazvučnih disperzera (2x UIP1000hdT) za obradu nanočestica i nanocijevi u kontinuiranom in-line načinu rada.
Ultrazvučno dispergiranje nudi brojne prednosti u poređenju s tradicionalnim tehnikama miješanja i mljevenja. Zbog svoje pouzdanosti i djelotvornosti, ultrazvučna obrada (sonikacija) etablirala se u obradi nanomaterijala i može se naći u svakoj industriji u kojoj se nanočestice sintetiziraju i/ili ugrađuju u tekućine. Ultrazvučna obrada je stoga idealna tehnika za proizvodnju nanoprovodljivih ljepila koja sadrže nanopunila kao što su nanočestice, nanožice ili ugljične nanocijevi i grafenski monoslojevi (nanolistovi).
ECA: Istaknut primjer je formulacija električno provodljivih ljepila (ECA), koja su kompoziti sastavljeni od polimerne matrice i električno provodljivih punila. Da bi se formuliralo visokoučinkovito ljepilo za elektroničke primjene, polimerna smola (npr. epoksidna, silikonska, poliimidna) mora osigurati fizičke i mehaničke funkcionalnosti kao što su adhezija, mehanička čvrstoća i udarna čvrstoća, dok metalno punilo (npr. nanosrebro, nanozlato, nanonikal ili nanobakar) stvara vrhunsku električnu provodljivost. Za ljepila s izolacijskim svojstvima u kompozit ljepila ugrađuju se punila na mineralnoj bazi.
Prije i poslije ultrazvučne obrade: zelena krivulja prikazuje veličinu čestica prije ultrazvučne obrade, a crvena krivulja je raspodjela veličine čestica ultrazvučno dispergiranog silicijevog dioksida.
Ultrazvučno dispergiranje nanomaterijala u viskozna ljepila
Ultrazvučni homogenizatori vrlo su djelotvorni kada se aglomerati čestica, agregati, pa čak i primarne čestice moraju pouzdano usitniti. Prednost ultrazvučnih miješalica je njihova sposobnost da mljevenjem dovedu čestice do manjih i ujednačenijih veličina, bez obzira na to jesu li kao rezultat procesa ciljane mikronske čestice ili nanočestice. Dok druge tehnologije, kao što su miješalice s oštricama ili rotor-stator miješalice, homogenizatori visokog pritiska, kuglični mlinovi itd., pokazuju nedostatke poput nemogućnosti proizvodnje ujednačeno sitnih nanočestica, kontaminacije medijem za mljevenje, začepljenih mlaznica i visoke potrošnje energije, ultrazvučni disperzeri koriste radni princip akustične kavitacije. Pokazalo se da je kavitacija generirana ultrazvukom vrlo djelotvorna, energetski efikasna i sposobna dispergirati čak i vrlo viskozne materijale kao što su paste opterećene nanočesticama.
PLGA nanočestice. (A): Raspodjela veličine čestica pripremljenih pri koncentraciji polimera/snazi sonikacije od 2%/ 32W, 5%/ 32W i 2%/ 25W%; vrijeme zadržavanja = 14 s. (B),(C): SEM snimke čestica pripremljenih iz 2 i 5% otopina polimera, redom. Vrijeme zadržavanja = 14s; snaga sonikacije = 32W. Crte skale predstavljaju 1 mikron.
(Studija i slike: © Freitas et al., 2006)
Kako funkcionira ultrazvučno dispergiranje?
Smične sile kavitacije i tokovi tekućine ubrzavaju čestice tako da se međusobno sudaraju. To se naziva međučestičnim sudarom. Same čestice djeluju kao medij za mljevenje, čime se izbjegava kontaminacija kuglicama za mljevenje i naknadni postupak odvajanja, koji je neophodan kada se koriste konvencionalni kuglični mlinovi. Budući da se čestice razbijaju međučestičnim sudarom pri vrlo velikim brzinama do 280m/sec, na čestice djeluju izuzetno velike sile, zbog čega se raspadaju na sitne fragmente. Trenje i erozija daju tim fragmentima čestica uglačanu površinu i ujednačen oblik. Kombinacija smičnih sila i međučestičnog sudara daje ultrazvučnoj homogenizaciji i dispergiranju prednost u dobivanju visoko homogenih koloidnih suspenzija i disperzija!
Još jedna prednost visokih smičnih sila koje stvara ultrazvuk jeste efekt smičnog razrjeđivanja. Na primjer, ultrazvučno pripremljene epoksidne smole punjene oksidiranim CNT-ovima pokazuju ponašanje smičnog razrjeđivanja. Budući da smično razrjeđivanje privremeno snižava viskoznost fluida, obrada viskoznih kompozita je olakšana.
Brza sekvenca (od a do f) snimaka koja prikazuje sono-mehaničku eksfolijaciju pahuljice grafita u vodi pomoću UP200S, ultrazvučnog uređaja snage 200W sa sonotrodom od 3 mm. Strelice pokazuju mjesto razdvajanja (eksfolijacije) s kavitacijskim mjehurićima koji prodiru u procjep.
(Studija i slike:© Tyurnina et al. 2020)
UIP1000hdT – Ultrazvučna stolna postava za pripremu nanokompozita, npr. za visokoučinkovita ljepila.
- djelotvorna nanoobrada: efikasna & uz uštedu vremena
- prilagodljivo specifičnim formulacijama proizvoda
- ujednačena obrada
- precizno kontrolirani uvjeti procesa
- ponovljivi rezultati
- ekonomičnost
- siguran rad
- jednostavna instalacija, nisko održavanje
- linearno povećanje razmjera na bilo koji volumen
- ekološki prihvatljivo
Usporedba različitih nanopunila dispergiranih u učvršćivaču (ultrazvučna obrada – US): (a) 0,5 wt% ugljično nanovlakno (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% ugljična nanocijev (CNT); (d) 0,5 wt% CNT poludispergirane.
(Studija i slika: © Zanghellini et al., 2021)
Ultrazvučni uređaji velike snage za formuliranje visokoučinkovitih ljepila
Hielscher Ultrasonics je specijalist za visokoučinkovitu ultrazvučnu opremu za obradu tekućina i suspenzija (kaša). Ultrazvučni disperzeri omogućavaju obradu vrlo viskoznih materijala, kao što su visokopunjene smole, i osiguravaju ujednačenu raspodjelu nanomaterijala unutar kompozita.
Precizna kontrola ultrazvučnih procesnih parametara kao što su amplituda, unos energije, temperatura, pritisak i vrijeme omogućava prilagođavanje ljepila u nanometarskom području.
Bilo da vaša formulacija zahtijeva dispergiranje organskih ili anorganskih nanopunila kao što su nanocijevi, celulozni nanokristali (CNC), nanovlakna ili nanometali, Hielscher Ultrasonics ima idealnu ultrazvučnu postavu za vašu formulaciju ljepila.
Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i sposobni su deaglomerirati i dispergirati nanomaterijale čak i pri vrlo visokim viskoznostima. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano primjenjivati u radu 24/7.
Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrazvučnim uređajima koji imaju najsavremeniju tehnologiju i jednostavnost korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji su u skladu s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za primjene miješanja, dispergiranja, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskom, pilot i industrijskom razmjeru.
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 visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.