Ultraschall-gestützte Produktion leitfähiger Tinten
- Für die Herstellung elektrisch leitfähiger 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.
- Nanosilber-basierte Tinten
- Graphen-ointen (mit sehr hoher Graphenkonzentration)
- Kupfer-Tinten (Nanowires und Nanopartikel)
- CNT-Tinten
- SWNT-Tinten
- Nanogold-Tinten
- verschiedene Nanokomposite
- elektrisch leitfähige Klebstoffe (ECAs)
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 |
- 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 / Referenz
- 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.
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.
Bench-top-Ultraschallreaktoren