Ultrazvuková výroba vodivých inkoustů ve velkém měřítku
- Rovnoměrně dispergované nanočástice, jako je stříbro, grafen nebo CNT, s přesně upravenou velikostí částic jsou klíčové pro výrobu vysoce vodivých inkoustů.
- Výkonné ultrazvukové dispergátory umožňují syntetizovat, deaglomerovat a distribuovat kovové (např. Ag) a uhlíkové (např. CNT, grafen) nanočástice i nanokompozity s vynikající elektrickou vodivostí.
- Ultrazvukové dispergátory Hielscher zajišťují vysoce kvalitní disperze a jsou přitom velmi účinné, spolehlivé a nákladově efektivní.
Ultrazvuková disperze vodivých nanočástic
Vodivý inkoust má – jak již název napovídá – funkci elektrické vodivosti. Pro přípravu vodivých inkoustů a povlaků musí být složky vedoucí elektrický proud (vodivá plniva) velmi rovnoměrně dispergovány do inkoustové báze. Pro dosažení vysoké vodivosti se začleňují nanočástice, jako je stříbro, měď, CNT, grafen, grafit, další částice s kovovým povlakem a nanokompozity.
Ultrazvukové procesory vytvářejí extrémně intenzivní smykové síly, kterými lze překonat van der Waalsovy síly a molekulární vazby. Ultrazvuková disperze je preferovanou technikou pro dispergaci nanočástic, protože sonikace poskytuje velmi úzkou distribuci velikosti zrn, vysokou funkčnost částic a reprodukovatelné výsledky.
Ultrazvukový vsádkový reaktor pro dispergaci nanomateriálů ve vodivých inkoustech.
- Inkousty s nanostříbrem
- Grafenové inkousty (s velmi vysokým obsahem grafenu)
- Měděné inkousty (nanodrátky a nanočástice)
- Inkousty s CNT
- Inkousty s SWNT
- Inkousty s nanozlatem
- rozmanité nanokompozity
- inkousty pro 3D tisk
- elektricky vodivá lepidla (ECA)
Ultrazvuková disperze dielektrických nanočástic
Aby se kompozitu dodaly izolační vlastnosti, musí být dielektrické částice, jako jsou mimo jiné SiO2, ZnO nebo nanokompozity oxid hlinitý-epoxid, homogenně dispergovány do matrice jako jednotlivé částice. Ultrazvuková dispergace zajišťuje rozbití aglomerátů, takže nanočástice jsou dobře dispergovány. Velmi úzká distribuce částic je klíčová pro dosažení spolehlivé dielektrické funkčnosti materiálu.
Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje Hielscher pro nanodisperze
Výkonné ultrazvukové systémy zajišťují spolehlivou disperzi nanočástic – od laboratorní a stolní úrovně až po plně průmyslové měřítko. Ve srovnání s jinými dodavateli ultrazvukové techniky jsou ultrazvukové systémy Hielscher schopny dodávat velmi vysoké amplitudy až 200µm – v nepřetržitém provozu 24/7 a s jednoduchými tvary sonotrod. Pokud aplikace vyžaduje ještě vyšší amplitudy a/nebo velmi vysoké teploty, nabízí Hielscher zákaznicky upravené ultrazvukové sonotrody, které mohou dodávat amplitudy >200µm a mohou být vloženy do velmi horkého prostředí (např. pro sonikaci kovových tavenin). Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher splňuje průmyslové standardy. Všechna naše zařízení jsou konstruována pro provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka Vám poskytne orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
- přizpůsobená velikost částic
- vysoká vodivost
- vysoký obsah částic
- nízké až vysoké viskozity
- řízení procesu
- snadné zpracování
- rychlé
- nákladově efektivní
Průmyslový ultrazvukový procesor UIP16000 (16kW) pro výrobu vodivých inkoustů
Literatura / Reference
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.
Užitečná fakta
Elektricky vodivé nanočástice
Nanočástice (NP) nabízejí jedinečné materiálové vlastnosti, které se mohou drasticky lišit od vlastností objemového materiálu. Nanomateriály se vyskytují v rozmanitých tvarech. Mohou mít extrémně vysoký poměr stran 1:1 000 000 (např. nanotrubice) nebo dokonale kulovitý tvar. Kromě trubic a kuliček mají nanočástice tvar tyčinek, drátků, whiskerů, nanokvětů, vláken, vloček a teček.
Velikost a tvar nanočástic hrají důležitou roli z hlediska vlastností NP, jako je pevnost v tahu, ohebnost a termomechanické, vodivé, dielektrické, magnetické a optické vlastnosti. Aby se tyto funkčnosti přenesly do kompozitů, musí být NP rovnoměrně dispergovány a vmíchány do matrice. Pro dosažení takto vysoce kvalitní disperze je preferovanou dispergační technikou ultrasonikace.
Elektricky vodivé nanočástice se široce používají k tomu, aby inkoustům a povlakům dodaly schopnost elektrické vodivosti. Nanostříbro (nano-Ag) je jedním z nejpoužívanějších nanoplniv ve vodivých inkoustech. Vodivé inkousty na bázi stříbra lze formulovat jako inkousty na vodní bázi vhodné pro sítotisk, které jsou ohebné a odolné vůči přehybům.
Vodivé inkousty
Vodivé inkousty jsou vodivé polymery (polyanilin, polythiofen nebo polypyrroly atd.), které lze nanášet inkoustovým tiskem, rotačním nanášením (spin-coating) atd. Běžné elektricky vodivé inkousty lze podle jejich vodivých složek rozdělit do tří kategorií, kterými mohou být buď ušlechtilé kovy, vodivé polymery, nebo uhlíkové nanomateriály. Vodivé inkousty mají široké spektrum použití a používají se při výrobě elektroniky, obalů (PET a plastové fólie), senzorů, antén, RFID štítků/etiket, dotykových obrazovek, OLED displejů, tištěných topných prvků a mnoha dalších.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)] je jedním z nejpoužívanějších vodivých polymerů, který kromě vysoké vodivosti nabízí i transparentní vzhled. Přidáním sítě uhlíkových nanotrubic, stříbrných nanodrátků a/nebo grafenu lze vodivost PEDOT:PSS výrazně zvýšit. Modifikované inkousty a formulace PEDOT:PSS jsou k dispozici pro různé procesy nanášení a tisku. Inkousty PEDOT:PSS na vodní bázi se používají především při nanášení štěrbinovou hubicí (slot die), flexotisku, hlubotisku a inkoustovém tisku.
Dielektrické inkousty
Dielektrické inkousty a povlaky jsou elektricky nevodivé a používají se při sítotisku elektronických desek plošných spojů k vytvoření izolační vrstvy pro ochranu a zlepšení vodivých materiálů.
Dielektrické nanočástice se používají k tomu, aby inkoustům, pastám a povlakům dodaly izolační schopnost.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní až po průmyslovou velikost.