Nanoledende klæbemidler til højtydende elektronik

Ultralydsdispergeringsmidler bruges som pålidelig blandings- og fræseteknik til fremstilling af højtydende klæbemidler til højtydende elektronik og nanoelektronik. I produktionen af højtydende elektronik er klæbemidler såsom nanoledende klæbemidler meget efterspurgte. Sådanne højtydende klæbemidler bruges f.eks. som alternative forbindelser og kan erstatte tin/blylodde.

Højtydende klæbemidler til højtydende elektronik

For the production of high-performance electronics, adhesives with high metal adhesiveness and heat conductivity for heat decoupling and insulation are required. Nano-particles such as silver, nickel, graphene, graphene oxide and carbon nanotubes (CNTs) are frequently incorporated into epoxy resins and polymers to obtain the desired functional properties such as electrical conductivity or insulation, heat conductivity, tensile strength, Young’s modulus and flexibility. High-performance adhesives developed for high-performance electronic use metal fillers (such as silver, gold, nickel, or copper nanoparticles) to provide electrical conductivity. In order to unlock extraordinary properties of these materials, their size must be reduced to nano-scale. As size reduction and dispersion of nanoparticles is a challenging task, a powerful milling and dispersing technology is key for successful adhesive formulations.

Ultralydsdispergering giver forskellige fordele sammenlignet med traditionelle blandings- og fræseteknikker. På grund af dets pålidelighed og effektivitet er sonikering blevet etableret i nanomaterialebehandling og kan findes i enhver industri, hvor nanopartikler syntetiseres og? eller inkorporeres i væsker. Ultralydbehandling er derfor den ideelle teknik til fremstilling af nanoledende klæbemidler, der indeholder nano-fyldstoffer såsom nanopartikler, nanotråde eller kulstofnanorør og grafenmonolag (nanoark).
Eksportkreditagenturer: Et fremtrædende eksempel er formuleringen af elektrisk ledende klæbemidler (ECA'er), som er kompositter lavet af en polymer matrix og elektrisk ledende fyldstoffer. For at formulere et højtydende klæbemiddel til elektroniske applikationer skal en polymerharpiks (f.eks. epoxy, silikone, polyimid) give fysiske og mekaniske funktioner såsom vedhæftning, mekanisk styrke, slagstyrke, mens metalfyldstoffet (f.eks. nano-sølv, nano-guld, nano-nikkel eller nano-kobber) skaber overlegen elektrisk ledningsevne. Til klæbemidler med isolerende egenskaber inkorporeres mineralbaserede fyldstoffer i klæbemiddelkompositten.

Før og efter sonikering: Den grønne kurve viser partikelstørrelsen før sonikering, den røde kurve er partikelstørrelsesfordelingen af ultralydsdispergeret silica.

Ultralydsdispersion af nanomaterialer til tyktflydende klæbemidler

Ultralydshomogenisatorer er meget effektive, når partikelagglomerater, aggregater og endda primære partikler skal reduceres pålideligt i størrelse. Fordelen ved ultralydsblandere er deres evne til at fræse partikler ned til mindre og mere ensartede partikelstørrelser, uanset om mikron- eller nanopartikler er målrettet som procesresultat. Mens andre teknologier såsom vinge- eller rotor-statorblandere, højtrykshomogenisatorer, perlemøller osv. viser ulemper såsom manglende evne til at producere ensartet små nanopartikler, forurening med fræsemedier, tilstoppede dyser og højt energiforbrug, bruger ultralydsdispergeringsapparater arbejdsprincippet om akustisk kavitation. Ultralydsgenereret kavitation har vist sig at være meget effektiv, energieffektiv og i stand til at sprede selv højviskøse materialer såsom nanopartikelfyldte pastaer.

Hvordan fungerer ultralydsdispergering?

Kavitationelle forskydningskræfter og væskestrømme accelererer partikler, så de kolliderer med hinanden. Dette er kendt som interpartikelkollision. Partiklerne fungerer selv som fræsemedium, hvilket undgår forurening ved formaling af perler og den efterfølgende separationsproces, som er nødvendig, når der anvendes konventionelle perlemøller. Da partiklen splintres ved interpartikelkollision ved meget høje hastigheder på op til 280 m/sek., pålægges partiklerne ekstraordinært høje kræfter, som derfor brydes i bittesmå fraktioner. Friktion og erosion giver disse partikelfragmenter en poleret overflade og ensartet formet. Kombinationen af forskydningskræfter og interpartikelkollision giver ultralydshomogenisering og dispersion den fordelagtige kant, der leverer meget homogene kolloide suspensioner og dispersioner!
En anden fordel ved høje forskydningskræfter genereret af ultralyd er effekten af forskydningsudtynding. For eksempel viser ultralydspræparerede epoxyharpikser fyldt med oxiderede CNT'er forskydningsfortyndende adfærd. Da forskydningsudtynding sænker væskens viskositet midlertidigt, lettes behandlingen af viskøse kompositter.

En højhastighedssekvens (fra a til f) af rammer, der illustrerer sono-mekanisk eksfoliering af en grafitflage i vand ved hjælp af UP200S, en 200W ultralydsapparat med 3 mm sonotrode. Pile viser stedet for opdeling (eksfoliering) med kavitationsbobler, der trænger ind i splittelsen.
(Studie og billeder: © Tyurnina et al. 2020)

Sammenligning af forskellige nanofillers dispergeret i hærder (ultralydbehandling - USA): (a) 0,5 vægt% kulstofnanofiber (CNF); b) 0,5 vægtprocent CNToxi c) 0,5 vægtprocent kulstofnanorør (CNT) d) 0,5 vægtprocent CNT halvdispergeret.(Studie og billede: © Zanghellini et al., 2021)

Ultralydapparater med høj effekt til formulering af højtydende klæbemidler

Hielscher Ultrasonics er specialist, når det kommer til højtydende ultralydsudstyr til væske- og gyllebehandling. Ultralydsdispergeringsmidler gør det muligt at behandle meget viskøse materialer såsom højt fyldte harpikser og sikre en ensartet fordeling af nanomaterialer i kompositter.
Den præcise kontrol over ultralydsprocesparametre såsom amplitude, energitilførsel, temperatur, tryk og tid giver mulighed for at skræddersy klæbemidler i nanometerområdet.
Uanset om din formulering kræver spredning af organiske eller uorganiske nanofyldstoffer såsom nanorør, cellulose nanokrystaller (CNC'er), nanofibre eller nanometaller, har Hielscher Ultrasonics den ideelle ultralydsopsætning til din klæbemiddelformulering.
Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og er i stand til at deagglomerere og sprede nanomaterialer selv ved meget høje viskositeter. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift.
Hielscher ultralydapparater er anerkendt for deres kvalitet, pålidelighed og robusthed. Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: