Ultraschall-gestützte Produktion leitfähiger Tinten

  • Für die Herstellung hochleitfähiger Tinten sind gleichmäßig dispergierte Nanopartikel wie z.B. Silber oder Graphen mit einer engbandigen Partikelgrößenverteilung unerlässlich.
  • 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-Dispergatoren sorgen für qualitativ hochwertige Dispersionen und sind dabei äußerst effektiv, zuverlässig und kostengünstig.

Ultraschalldispersion leitfähiger Nanopartikel

Leitende Tinte hat – wie der Name schon sagt – die Funktionalität elektrischer Leitfähigkeit. Zur Herstellung von leitfähigen Tinten und Beschichtungen müssen die Komponenten, welche Elektrizität leiten (leitfähige Füllstoffe), sehr gleichmäßig in die Tintenbasis dispergiert werden. Nanopartikel wie Silber, Kupfer, CNTs, Graphen, Graphit, andere metallbeschichtete Partikel und Nanokomposite werden für eine hohe Leitfähigkeit beigemischt.
Ultraschallprozessoren erzeugen extrem intensive Scherkräfte, durch welche van-der-Waals-Kräfte und molekulare Bindungen überwunden werden können. Die Ultraschalldispersion ist die bevorzugte Technik, um Nanopartikel zu dispergieren, da die Ultraschallverarbeitung in einer sehr engen Korngrößenverteilung, hoher Partikelfunktionalität und reproduzierbaren Ergebnissen resultiert.

Ultraschallproduktion von:Hielscher's ultrasonic devices are ideal for the preparation of nano-particulated slurries.

  • Nanosilber-Tinten
  • Graphen-ointen (mit sehr hoher Graphenkonzentration)
  • Kupfer-Tinten (Nanowires und Nanopartikel)
  • CNT-Tinten
  • SWNT-Tinten
  • Nanogold-Tinten
  • verschiedene Nanokomposite

Ultraschalldispersion von dielektrischen Nanopartikeln

Um einem Komposite isolierende Eigenschaften zu verleihen, müssen dielektrische Partikel wie z.B. SiO2, ZnO, Aluminiumoxid-Epoxy-Nanokomposite oder andere Nanomaterialien als einzelne Partikel homogen in die Matrix dispergiert werden. Die ultraschall-gestützte Dispersion zerschlägt Agglomerate und dispergiert Nanopartikel feinskalig. Eine sehr enge Partikelverteilung ist entscheidend, um eine zuverlässige dielektrische Materialeigenschaft zu erhalten.

Hielscher's Hochleistungs-Ultraschallgeräte

Leistungsstarke Ultraschallsysteme der Hielscher Ultrasonics GmbH sorgen für eine zuverlässige Dispersion von Nanopartikeln – im Labor- und Bench-Top-Maßstab bis hin zur industriellen Produktion. Im Vergleich zu anderen Ultraschallherstellern sind Hielscher Ultraschallsysteme problemlos in der Lage, sehr hohe Amplituden mit bis zu 200μm – kontinuierlich im 24/7 Betrieb zu liefern. Dies ist auch mit einfachen Sonotrodenformen möglich. Sind für einen Prozess noch höhere Amplituden und / oder sehr hohe Temperaturen erforderlich, bietet Hielscher maßgeschneiderte Ultraschallsonotroden an, welche Amplituden von >200μm liefern und auch bei sehr hohen Temperaturen einsetzen werden können (z.B. zur Beschallung von Metallschmelzen). Die Robustheit der Hielscher Ultraschallsysteme entspricht den Industrienormen. Alle unsere Geräte sind für den 24/7 -Betrieb unter Heavy-Duty und in anspruchsvollen Umgebungen gebaut.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

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

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Ultraschallgerät UP200St (200W) zum Dispergieren von Ruß in Wasser unter Verwendung von 1 Gew.-% Tween80 als Tensid

Vorteile

  • Maßgeschneiderte Partikelgröße
  • Hohe Leitfähigkeit
  • Eine hohe Partikeldichte
  • Niedrige bis hohe Viskositäten
  • Präzise Prozesssteuerung
  • Einfache Verarbeitung
  • Schnell
  • Kosteneffizient
Hielscher's UIP16000 is a 16kW high-power ultrasonicator for the production of conductive inks, pastes and polymers. (Click to enlarge!)

Industrieller Ultraschallprozessor UIP16000 (16kW) zur Herstellung leitfähiger Tinten

Literatur / Literaturhinweise

  • 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.
  • Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.

Verwandte Beiträge

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.

Power-Ultraschall wird für die Herstellung von leitfähigen Inkjet-Tinten, Beschichtungen und Polymeren verwendet. (Klicken um zu vergrößern!)

Bench-top-Ultraschallreaktoren