Nanovodivá lepidla pro vysoce výkonnou elektroniku
Ultrazvukové dispergátory se používají jako spolehlivá míchací a mlecí technika při výrobě vysoce výkonných lepidel pro vysoce výkonnou elektroniku a nanoelektroniku. Při výrobě vysoce výkonné elektroniky jsou lepidla, jako jsou nanovodivá lepidla, velmi žádaná. Taková 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 kovů a tepelnou vodivostí pro tepelné oddělení a izolaci. Nanočástice, jako je stříbro, nikl, grafen, oxid grafenu a uhlíkové nanotrubice (CNT), jsou často začleněny 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 výkonnou 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 nanoměřítko. Vzhledem k tomu, že zmenšení velikosti a disperze nanočástic je náročný úkol, je výkonná technologie frézování a dispergace klíčem k úspěšným formulacím lepidel.
- Elektricky vodivá lepidla (ECA)
- – Izotropně vodivá lepidla (ICA)
- – Anizotropní vodivá lepidla (ACA)
- Nevodivá / elektricky izolační lepidla

Průmyslová instalace ultrazvukových dispergátorů (2x UIP1000hdT) pro zpracování nanočástic a nanotrubiček v kontinuálním in-line režimu.
Ultrazvuková dispergace nabízí různé výhody ve srovnání s tradičními technikami míchání a mletí. Díky své spolehlivosti a účinnosti byla sonikace zavedena při zpracování nanomateriálů a lze ji nalézt v jakémkoli odvětví, kde jsou nanočástice syntetizovány a/nebo začleněny do kapalin. Ultrazvuku je proto ideální technikou pro výrobu nanovodivých lepidel, která obsahují nano-plniva, jako jsou nanočástice, nanodráty nebo uhlíkové nanotrubice a grafenové monovrstvy (nanolisty).
Exportní 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 adheze, mechanická pevnost, rázová houževnatost, zatímco kovové plnivo (např. nano-stříbro, nano-zlato, nano-nikl nebo nano-měď) vytváří vynikající elektrickou vodivost. U lepidel s izolačními vlastnostmi jsou do adhezivního kompozitu začleněna plniva na minerální bázi.

Před a po sonikaci: Zelená křivka ukazuje velikost 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 mixérů je jejich schopnost mletí částic na menší a rovnoměrnější velikosti částic, ať už jsou mikronové nebo nanočástice cíleny jako výsledek procesu. Zatímco jiné technologie, jako jsou lopatkové nebo rotor-statorové mixéry, vysokotlaké homogenizátory, perlové mlýny atd., vykazují nevýhody, jako je neschopnost produkovat rovnoměrně malé nanočástice, kontaminace mlecím médiem, ucpané trysky a vysoká spotřeba energie, ultrazvukové dispergátory využívají pracovní princip akustické kavitace. Bylo prokázáno, že ultrazvukem generovaná kavitace je vysoce účinná, energeticky účinná a schopná dispergovat i vysoce viskózní materiály, jako jsou pasty s nanočásticemi.

Nanočástice PLGA. (A): Distribuce velikosti částic připravených při koncentraci polymeru / sonikačním výkonu 2% / 32W, 5% / 32W a 2% / 25W%; doba zdržení = 14 s. (B),(C): SEM obrázky částic připravených z 2 a 5% polymerních roztoků. Doba zdržení = 14s; sonikační výkon = 32W. Tyče představují 1 mikron.
(Studie a obrázky: © Freitas et al., 2006)
Jak funguje ultrazvuková disperze?
Kavitační smykové síly a proudy kapalin urychlují částice tak, že se navzájem srážejí. Tento jev je znám jako srážka mezi částicemi. Samotné částice působí jako mlecí médium, které zabraňuje kontaminaci mlecími kuličkami a následnému procesu separace, který je nezbytný při použití konvenčních perlových mlýnů. Vzhledem k tomu, že částice se roztříští srážkou mezi částicemi velmi vysokou rychlostí až 280 m/s, působí na částice mimořádně vysoké síly, které se tak rozpadají na nepatrné zlomky. Tření a eroze dávají těmto fragmentům částic leštěný povrch a rovnoměrně tvarovaný tvar. Kombinace smykových sil a kolize mezi částicemi dává ultrazvukové homogenizaci a disperzi výhodnou hranu poskytující vysoce homogenní koloidní suspenze a disperze!
Další výhodou vysokých smykových sil generovaných ultrazvukem je účinek smykového ztenčení. Například ultrazvukem připravené epoxidové pryskyřice plněné oxidovanými CNT vykazují smykové ztenčování. Vzhledem k tomu, že smykové ztenčení dočasně snižuje viskozitu kapaliny, je usnadněno zpracování viskózních kompozitů.

UIP1000hdT – Ultrazvukové stolní zařízení pro přípravu nanokompozitů, např. pro vysoce výkonná lepidla.
- Efektivní nanozpracování: efektivní & časově úsporný
- Přizpůsobitelné konkrétnímu složení produktu
- jednotné zpracování
- Přesně regulovatelné procesní podmínky
- Reprodukovatelné výsledky
- Nákladová efektivita
- Bezpečný provoz
- Jednoduchá instalace, nenáročná údržba
- Lineární škálování na libovolný objem
- Šetrný k životnímu prostředí

Porovnání různých nanoplniv dispergovaných v tvrdidle (ultrazvuku - US): (a) 0,5 hm% uhlíkových nanovláken (CNF); b) 0,5 % hm., CNToxi; c) 0,5 % hm., uhlíková nanotrubice (CNT); d) 0,5 hm% CNT polodispergovaný.
(Studie a obrázek: © Zanghellini et al., 2021)
Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro formulování vysoce výkonných lepidel
Hielscher Ultrasonics je specialista, pokud jde o vysoce výkonná ultrazvuková zařízení pro zpracování kapalin a kejdy. Ultrazvukové dispergátory umožňují zpracovávat vysoce viskózní materiály, jako jsou vysoce plněné pryskyřice, a zajišťují rovnoměrnou distribuci nanomateriálů v kompozitech.
Přesná kontrola nad parametry ultrazvukového procesu, jako je amplituda, příkon energie, teplota, tlak a čas, umožňuje přizpůsobení lepidel v rozsahu nanometrů.
Ať už vaše formulace vyžaduje disperzi organických nebo anorganických nano-plniv, jako jsou nanotrubice, celulózové nanokrystaly (CNC), nanovlákna nebo nanokovy, Hielscher Ultrasonics má ideální ultrazvukové nastavení pro vaše adhezivní formulace.
Hielscher Ultrasonics’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a jsou schopny deaglomerovat a dispergovat nanomateriály i při velmi vysokých viskozitách. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7.
Hielscher ultrasonicators jsou uznávány pro svou kvalitu, spolehlivost a robustnost. Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
---|---|---|
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.