Nanovodivá lepidla pro vysoce výkonnou elektroniku

Ultrazvukové dispergátory se používají jako spolehlivá technika míchání a frézování při výrobě vysoce výkonných lepidel pro vysoce výkonnou elektroniku a nanoelektroniku. Při výrobě vysoce výkonné elektroniky jsou velmi žádaná lepidla, jako jsou nanovodivá lepidla. Tato vysoce výkonná lepidla se používají např. jako alternativní propojení a mohou nahradit pájku cín/olovo.

Vysoce výkonná lepidla pro vysoce výkonnou elektroniku

Pro výrobu vysoce výkonné elektroniky jsou vyžadována lepidla s vysokou přilnavostí kovu a tepelnou vodivostí pro oddělení tepla a izolaci. Nanočástice, jako je stříbro, nikl, grafen, oxid grafenu a uhlíkové nanotrubice (CNT), jsou často zapracovány do epoxidových pryskyřic a polymerů, aby se získaly požadované funkční vlastnosti, jako je elektrická vodivost nebo izolace, tepelná vodivost, pevnost v tahu, Youngův modul a flexibilita. Vysoce výkonná lepidla vyvinutá pro vysoce výkonná elektroniku používají kovová plniva (jako jsou nanočástice stříbra, zlata, niklu nebo mědi) k zajištění elektrické vodivosti. Aby bylo možné odemknout mimořádné vlastnosti těchto materiálů, musí být jejich velikost zmenšena na nano-měřítko. Vzhledem k tomu, že zmenšení velikosti a disperze nanočástic je náročný úkol, je výkonná technologie frézování a dispergace klíčem k úspěšnému složení lepidel.

Ultrazvukové dispergace nabízí různé výhody ve srovnání s tradičními technikami míchání a frézování. Díky své spolehlivosti a účinnosti byla sonikace zavedena při zpracování nanomateriálů a lze ji nalézt v jakémkoli průmyslu, kde jsou nanočástice syntetizovány a / nebo začleněny do kapalin. Ultrazvuku je proto ideální technikou pro výrobu nano-vodivých lepidel, které obsahují nano-plniva, jako jsou nanočástice, nanodráty nebo uhlíkové nanotrubice a grafenové monovrstvy (nanodesky).
Vývozní úvěrové agentury: Významným příkladem je formulace elektricky vodivých lepidel (ECA), což jsou kompozity vyrobené z polymerní matrice a elektricky vodivých plniv. Aby bylo možné formulovat vysoce výkonné lepidlo pro elektronické aplikace, musí polymerní pryskyřice (např. epoxid, silikon, polyimid) poskytovat fyzikální a mechanické funkce, jako je přilnavost, mechanická pevnost, rázová houževnatost, zatímco kovové plnivo (např. nanostříbřité, nanozlatélové, nanoniklové nebo nanoměděné) vytváří vynikající elektrickou vodivost. U lepidel s izolačními vlastnostmi jsou do lepicího kompozitu zabudována minerální plniva.

Před a po použití ultrazvuku: Zelená křivka velikosti částic před sonikací, červená křivka je distribuce velikosti částic ultrazvukem dispergovaného oxidu křemičitého.

Ultrazvuková disperze nanomateriálů do viskózních lepidel

Ultrazvukové homogenizátory jsou velmi účinné, když aglomeráty částic, agregáty a dokonce i primární částice musí být spolehlivě zmenšeny. Výhodou ultrazvukových směšovačů je jejich schopnost frézovat částice až na menší a rovnoměrnější velikosti částic, ať už jsou mikronové nebo nanočástice zaměřeny jako výsledek procesu. Zatímco jiné technologie, jako jsou míchačky lopatek nebo rotor-stator, vysokotlaké homogenizátory, korálkové mlýny atd., Vykazují nevýhody, jako je neschopnost vyrábět rovnoměrně malé nanočástice, kontaminace frézovacími médii, ucpané trysky a vysoká spotřeba energie, ultrazvukové dispergátory používají pracovní princip akustické kavitace. Ultrazvukem generovaná kavitace byla prokázána jako vysoce účinná, energeticky účinná a schopná rozptýlit i vysoce viskózní materiály, jako jsou pasty nabité nanočásticemi.

Jak funguje ultrazvukové dispergace?

Kavitační smykové síly a proudy kapalin urychlují částice tak, že se navzájem srážejí. Toto je známé jako kolize mezi částicemi. Samotné částice působí jako mlecí médium, které zabraňuje kontaminaci mletím kuliček a následným separačním procesem, který je nezbytný při použití konvenčních korálkových mlýnů. Vzhledem k tomu, že částice se rozbíjejí srážkou interčástic při velmi vysokých rychlostech až 280 m /s, působí na částice mimořádně vysoké síly, které se proto rozpadají na nepatrné frakce. Tření a eroze dávají těmto fragmentům částic leštěný povrch a rovnoměrně tvarovanou formu. Kombinace smykových sil a kolize mezi částicemi dává ultrazvukové homogenizaci a disperzi výhodnou hranu poskytující vysoce homogenní koloidní suspenze a disperze!
Další výhodou sil s vysokým smykem generovaných ultrazvukem je účinek smykového ztenčení. Například ultrazvukem připravené epoxidové pryskyřice naplněné oxidovanými CNT vykazují chování při ztenčování smyku. Vzhledem k tomu, že smykové ztenčení dočasně snižuje viskozitu kapaliny, usnadňuje se zpracování viskózních kompozitů.

Vysokorychlostní sekvence (od a do f) rámů ilustrujících sonomechanickou exfoliaci grafitové vločky ve vodě pomocí UP200S, 200W ultrasonicator s 3-mm sonotrodou. Šipky ukazují místo štěpení (exfoliace) s kavitačními bublinami pronikajícími do štěpení.
(Studie a obrázky: © Tyurnina et al. 2020)

Srovnání různých nanoplničů rozptýlených v tužidle (ultrazvuku - USA): (a) 0,5 wt% uhlíkové nanovlákno (CNF); b) 0,5 hm. CNToxi; c) 0,5 hm. % uhlíkové nanotrubice (CNT); d) 0,5 hm. % CNT částečně dispergované.
(Studie a obrázek: © Zanghellini et al., 2021)

Vysoce výkonné ultrasonicators pro formulaci vysoce výkonných lepidel

Hielscher Ultrasonics je specialista, pokud jde o vysoce výkonné ultrazvukové zařízení pro zpracování kapalin a kejdy. Ultrazvukové dispergátory umožňují zpracovávat vysoce viskózní materiály, jako jsou vysoce plněné pryskyřice, a zajišťují rovnoměrné rozložení nanomateriálů v kompozitech.
Přesná kontrola ultrazvukových parametrů procesu, jako je amplituda, příkon energie, teplota, tlak a čas, umožňuje přizpůsobení lepidel v rozsahu nanometrů.
Pokud vaše formulace vyžaduje disperzi organických nebo anorganických nano-plniv, jako jsou nanotrubice, nanomkrystaly celulózy (CNC), nanovlákna nebo nanokovy, Hielscher Ultrasonics má ideální ultrazvukové nastavení pro vaši adhezivní formulaci.
Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a jsou schopny deaglomerovat a rozptýlit nanomateriály i při velmi vysokých viskozitách. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu.
Hielscher ultrasonicators jsou uznávány pro svou kvalitu, spolehlivost a robustnost. Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou kompatibilní s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: