Ultraschall-gestützte Produktion leitfähiger Tinten
- Gleichmäßig dispergierte Nanopartikel wie Silber, Graphen oder CNTs mit einer genau abgestimmten Partikelgröße sind entscheidend für die Herstellung hochleitfähiger Tinten.
- Leistungsstarke Ultraschalldispergatoren ermöglichen die Synthese, Desagglomeration und Dispersion von metallischen (z.B. Ag, Au), kohlenstoffbasierten (z.B. CNTs, Graphen) Nanopartikeln und Nanokompositen mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit.
- Hielscher Ultraschall-Dispergierer gewährleisten qualitativ hochwertige Dispersionen und sind gleichzeitig sehr effektiv, zuverlässig und kosteneffizient.
Ultraschalldispersion leitfähiger Nanopartikel
Leitende Tinte hat – wie der Name schon sagt – die Funktionalität der elektrischen Leitfähigkeit. Zur Herstellung leitfähiger Tinten und Beschichtungen müssen Komponenten, die Elektrizität leiten (leitfähige Füllstoffe), sehr gleichmäßig in der Tintenbasis dispergiert werden. Nanopartikel wie Silber, Kupfer, CNTs, Graphen, Graphit, andere metallbeschichtete Partikel und Nanokomposite werden für eine hohe Leitfähigkeit eingebaut.
Ultraschallprozessoren erzeugen extrem intensive Scherkräfte, mit denen van der Waals-Kräfte und molekulare Bindungen überwunden werden können. Die Ultraschalldispersion ist die bevorzugte Technik zur Dispergierung von Nanopartikeln, da die Beschallung eine sehr enge Korngrößenverteilung, hohe Partikelfunktionalitäten und reproduzierbare Ergebnisse ermöglicht.
Ultraschall-Batch-Reaktor zur Dispergierung von Nanomaterialien in leitfähigen Tinten.
- Nanosilber-basierte Tinten
- Graphen-ointen (mit sehr hoher Graphenkonzentration)
- Kupfer-Tinten (Nanowires und Nanopartikel)
- CNT-Tinten
- SWNT-Tinten
- Nanogold-Tinten
- verschiedene Nanokomposite
- 3D-druckbare Tinten
- elektrisch leitfähige Klebstoffe (ECAs)
Ultraschalldispersion von dielektrischen Nanopartikeln
Um einem Verbundwerkstoff isolierende Eigenschaften zu verleihen, müssen dielektrische Partikel wie SiO2, ZnO, Aluminiumoxid-Nanokomposite u.a. homogen als Einzelpartikel in die Matrix dispergiert werden. Die Ultraschalldispergierung sorgt dafür, dass Agglomerate aufgebrochen werden, so dass die Nanopartikel gut dispergiert werden. Eine sehr enge Partikelverteilung ist entscheidend, um eine zuverlässige dielektrische Funktionalität des Materials zu erhalten.
Hielscher Hochleistungs-Ultraschallgeräte für Nanodispersionen
Leistungsstarke Ultraschallsysteme der Hielscher Ultrasonics GmbH sorgen für eine zuverlässige Dispersion von Nanopartikeln – Auf Labor- und Laborebene bis hin zum vollindustriellen Maßstab. Im Vergleich zu anderen Ultraschallanbietern sind Hielscher Ultraschallsysteme in der Lage, sehr hohe Amplituden von bis zu 200 μm zu liefern – continuously run in 24/7 operation and with simple sonotrode shapes. If an application requires even higher amplitudes and/or very high temperatures, Hielscher offers customized ultrasonic sonotrodes, which can deliver amplitudes of >200µm and inserted into very hot environments (e.g. for sonication of metal melts). The robustness of Hielscher ultrasonic equipment fullfils industrial standards. All our equipment is built for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
- Maßgeschneiderte Partikelgröße
- Hohe Leitfähigkeit
- Eine hohe Partikeldichte
- Niedrige bis hohe Viskositäten
- Präzise Prozesssteuerung
- Einfache Verarbeitung
- Schnell
- Kosteneffizient
Industrieller Ultraschallprozessor UIP16000 (16kW) zur Herstellung leitfähiger Tinten
Literatur / Nachschlagewerke
- 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.
Wissenswertes
Elektrisch leitfähige Nanopartikel
Nanopartikel (NPs) bieten einzigartige Materialeigenschaften, die sich drastisch von den Eigenschaften größerer Partikel unterscheiden können. Nanomaterialien können in vielfältiger Form auftreten. Sie können bspw. ein extrem hohes Aspektverhältnis von 1: 1.000.000 (z.B. Nanoröhrchen) oder eine perfekt sherische Form aufweisen. Neben Tubes und Spheren können Nanopartikel auch die Form von Rods (Stäbchen), Wires (Drähten), Whiskern, Nanoflowers, Fasern, Flakes und Punkten haben.
Größe und Form der Nanopartikel spielen eine wichtige Rolle für deren Eigenschaften, wie z.B. deren Zugfestigkeit, Flexibilität, thermomechanische, leitfähige, dielektrische, magnetische und optische Eigenschaften. Um diese Funktionalitäten auf Verbundwerkstoffe zu übertragen, müssen NPs gleichmäßig in die Matrix dispergiert werden. Um eine solche qualitativ hochwertige Dispersion zu erhalten, ist Ultraschall die bevorzugte Dispergiertechnik.
Elektrisch leitfähige Nanopartikel sind stark verbreitet, um Tinten und Beschichtungen elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Nanosilber (Nano-Ag) ist einer der am häufigsten verwendeten Nanofüllstoffe in leitfähigen Tinten. Silberbasierte leitfähige Tinten können als wasserbasierte Siebdrucktinten formuliert werden, welche flexibel und knitterfrei sind.
Leitfähige Tinten
Leitfähige Tinten bestehen aus leitfähigen Polymeren (Polyanilin, Polythiophen oder Polypyrrole etc.), welche mittels Tintenstrahldruck, Spin-Coating etc. aufgetragen werden können. Leitfähige Tinten können entsprechend ihrer leitfähigen Komponenten in drei Kategorien unterteilt werden: Leitfähige Tinten basieren entweder auf Edelmetallen, leitfähigen Polymeren oder auf Kohlenstoff-Nanomaterialien. Leitfähige Tinten haben ein breites Anwendungsspektrum und werden bei der Herstellung von Elektronik, Verpackungen (PET und Kunststofffolien), Sensoren, Antennen, RFID-Etiketten / Labels, Touchscreens, OLED-Displays und vielen anderen Profdukten eingesetzt.
PEDOT:PSS [Poly(3,4-ethylendioxythiophen) poly (styrolsulfonat)] ist eines der am häufigsten verwendeten leitfähigen Polymere, welche neben einer hohen Leitfähigkeit auch eine transparentes Optik bieten. Durch die Zugabe eines Netzwerks aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Silber-Nanodrähten und / oder Graphen kann die Leitfähigkeit von PEDOT:PSS deutlich gesteigert werden. Modifizierte PEDOT:PSS-Tinten und -Formulierungen stehen für unterschiedliche Beschichtungs- und Druckverfahren zur Verfügung. Wasserbasierte PEDOT:PSS-Tinten werden vor allem für Schlitzdüsenbeschichtung, Flexografie, Tiefdruck und Inkjet-Print eingesetzt.
Dielektrische Tinten
Dielektrische Tinten und Beschichtungen sind elektrisch nicht leitend und werden im Siebdruck von elektronischen Leiterplatten verwendet, um eine Isolierschicht für den Schutz und die Verstärkung leitfähiger Materialien aufzubauen.
Dielektrische Nanopartikel werden dementsprechend eingesetzt, um Tinten, Pasten und Beschichtungen eine Isolierkapazität zu geben.
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.