Παραγωγή αγώγιμων μελανιών σε μεγάλη κλίμακα με υπερήχους
- Τα ομοιόμορφα διεσπαρμένα νανοσωματίδια, όπως αργύρου, γραφενίου ή CNTs, με μέγεθος σωματιδίων προσαρμοσμένο με ακρίβεια, είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή μελανιών υψηλής αγωγιμότητας.
- Οι ισχυροί διασπορείς υπερήχων επιτρέπουν τη σύνθεση, την αποσυσσωμάτωση και την κατανομή μεταλλικών νανοσωματιδίων (π.χ. Ag), νανοσωματιδίων με βάση τον άνθρακα (π.χ. CNTs, γραφένιο), καθώς και νανοσύνθετων υλικών με εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα.
- Οι διασπορείς υπερήχων της Hielscher εξασφαλίζουν διασπορές υψηλής ποιότητας, ενώ είναι πολύ αποτελεσματικοί, αξιόπιστοι και οικονομικά αποδοτικοί.
Διασπορά αγώγιμων νανοσωματιδίων με υπερήχους
Το αγώγιμο μελάνι διαθέτει – όπως υποδηλώνει το όνομά του – τη λειτουργική ιδιότητα της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Για την παρασκευή αγώγιμων μελανιών και επιστρώσεων, τα συστατικά που άγουν τον ηλεκτρισμό (αγώγιμα πληρωτικά υλικά) πρέπει να διασπείρονται πολύ ομοιόμορφα στη βάση του μελανιού. Για την επίτευξη υψηλής αγωγιμότητας ενσωματώνονται νανοσωματίδια όπως άργυρος, χαλκός, CNTs, γραφένιο, γραφίτης, άλλα σωματίδια με μεταλλική επικάλυψη και νανοσύνθετα υλικά.
Οι επεξεργαστές υπερήχων δημιουργούν εξαιρετικά έντονες δυνάμεις διάτμησης, με τις οποίες μπορούν να υπερνικηθούν οι δυνάμεις van der Waals και οι μοριακοί δεσμοί. Η διασπορά με υπερήχους είναι η προτιμώμενη τεχνική για τη διασπορά νανοσωματιδίων, καθώς η κατεργασία με υπερήχους παρέχει πολύ στενή κατανομή μεγέθους κόκκων, υψηλές λειτουργικές ιδιότητες των σωματιδίων και αναπαραγώγιμα αποτελέσματα.
Αντιδραστήρας υπερήχων ασυνεχούς λειτουργίας για τη διασπορά νανοϋλικών σε αγώγιμα μελάνια.
- Μελάνια νανοαργύρου
- Μελάνια γραφενίου (με πολύ υψηλές περιεκτικότητες σε γραφένιο)
- Μελάνια χαλκού (νανοσύρματα και νανοσωματίδια)
- Μελάνια CNT
- Μελάνια SWNT
- Μελάνια νανοχρυσού
- ποικίλα νανοσύνθετα υλικά
- Μελάνια κατάλληλα για εκτύπωση 3D
- ηλεκτρικά αγώγιμες κόλλες (ECAs)
Διασπορά διηλεκτρικών νανοσωματιδίων με υπερήχους
Για να προσδοθούν μονωτικές ιδιότητες σε ένα σύνθετο υλικό, διηλεκτρικά σωματίδια όπως SiO2, ZnO και νανοσύνθετα υλικά αλουμίνας–εποξειδικής ρητίνης, μεταξύ άλλων, πρέπει να διασπείρονται ομοιογενώς στη μήτρα ως μεμονωμένα σωματίδια. Η διασπορά με υπερήχους εξασφαλίζει τη διάσπαση των συσσωματωμάτων, ώστε τα νανοσωματίδια να διασπείρονται καλά. Μια πολύ στενή κατανομή σωματιδίων είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη αξιόπιστης διηλεκτρικής λειτουργικότητας του υλικού.
Συσκευές υπερήχων υψηλής ισχύος της Hielscher για νανοδιασπορές
Τα ισχυρά συστήματα υπερήχων εξασφαλίζουν την αξιόπιστη διασπορά νανοσωματιδίων – από το εργαστηριακό επίπεδο και το επίπεδο επιτραπέζιων μονάδων έως την πλήρως βιομηχανική κλίμακα. Σε σύγκριση με άλλους προμηθευτές υπερήχων, τα συστήματα υπερήχων της Hielscher μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης έως 200µm – με συνεχή λειτουργία 24/7 και με απλά σχήματα ηχοτροδίων. Εάν μια εφαρμογή απαιτεί ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης ή/και πολύ υψηλές θερμοκρασίες, η Hielscher προσφέρει εξατομικευμένα ηχοτρόδια υπερήχων, τα οποία μπορούν να παρέχουν πλάτη ταλάντωσης >200µm και να εισάγονται σε πολύ θερμά περιβάλλοντα (π.χ. για κατεργασία τηγμάτων μετάλλων με υπερήχους). Η στιβαρότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher πληροί τα βιομηχανικά πρότυπα. Όλος ο εξοπλισμός μας κατασκευάζεται για λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
- προσαρμοσμένο μέγεθος σωματιδίων
- υψηλή αγωγιμότητα
- υψηλές περιεκτικότητες σε σωματίδια
- χαμηλά έως υψηλά ιξώδη
- έλεγχος της διεργασίας
- εύκολη επεξεργασία
- ταχεία
- οικονομικά αποδοτική
Βιομηχανικός επεξεργαστής υπερήχων UIP16000 (16kW) για την παραγωγή αγώγιμων μελανιών
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Χρήσιμες πληροφορίες
Ηλεκτρικά αγώγιμα νανοσωματίδια
Τα νανοσωματίδια (NPs) προσφέρουν μοναδικά χαρακτηριστικά υλικού, τα οποία μπορούν να διαφέρουν δραστικά από τα χαρακτηριστικά του υλικού στη μαζική του μορφή. Τα νανοϋλικά εμφανίζονται σε ποικίλα σχήματα. Μπορούν να έχουν εξαιρετικά υψηλό λόγο διαστάσεων 1:1.000.000 (π.χ. νανοσωλήνες) ή απόλυτα σφαιρικό σχήμα. Εκτός από σωλήνες και σφαίρες, τα νανοσωματίδια έχουν τη μορφή ράβδων, συρμάτων, τριχοειδών κρυστάλλων, νανολουλουδιών, ινών, νιφάδων και κουκκίδων.
Το μέγεθος και το σχήμα των νανοσωματιδίων παίζουν σημαντικό ρόλο στις ιδιότητές τους, όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, η ευκαμψία και οι θερμομηχανικές, αγώγιμες, διηλεκτρικές, μαγνητικές και οπτικές ιδιότητες. Για να προσδοθούν αυτές οι λειτουργικές ιδιότητες σε σύνθετα υλικά, τα NPs πρέπει να διασπείρονται και να αναμειγνύονται ομοιόμορφα στη μήτρα. Για την επίτευξη μιας τέτοιας διασποράς υψηλής ποιότητας, η κατεργασία με υπερήχους είναι η προτιμώμενη τεχνική διασποράς.
Τα ηλεκτρικά αγώγιμα νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται ευρέως για να προσδώσουν στα μελάνια και στις επιστρώσεις την ικανότητα ηλεκτρικής αγωγής. Ο νανοάργυρος (nano-Ag) είναι ένα από τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα νανοπληρωτικά υλικά στα αγώγιμα μελάνια. Τα αγώγιμα μελάνια με βάση τον άργυρο μπορούν να παρασκευαστούν ως μελάνια υδατικής βάσης, κατάλληλα για μεταξοτυπία, τα οποία είναι εύκαμπτα και ανθεκτικά στις τσακίσεις.
Αγώγιμα μελάνια
Τα αγώγιμα μελάνια είναι αγώγιμα πολυμερή (πολυανιλίνη, πολυθειοφαίνιο ή πολυπυρρόλες κ.λπ.), τα οποία μπορούν να εναποτεθούν με εκτύπωση ψεκασμού μελάνης, επίστρωση με περιστροφή κ.λπ. Τα κοινά ηλεκτρικά αγώγιμα μελάνια μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με τα αγώγιμα συστατικά τους, τα οποία μπορούν να είναι είτε ευγενή μέταλλα είτε αγώγιμα πολυμερή είτε νανοϋλικά άνθρακα. Τα αγώγιμα μελάνια έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών και χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών, συσκευασιών (PET και πλαστικών μεμβρανών), αισθητήρων, κεραιών, ετικετών RFID, οθονών αφής, οθονών OLED, τυπωμένων θερμαντικών στοιχείων και πολλών άλλων.
Το PEDOT:PSS [πολυ(3,4-αιθυλενοδιοξυθειοφαίνιο) πολυ(στυρενοσουλφονικό)] είναι ένα από τα πλέον ευρέως χρησιμοποιούμενα αγώγιμα πολυμερή, το οποίο προσφέρει, εκτός από την υψηλή αγωγιμότητά του, διαφανή εμφάνιση. Με την προσθήκη ενός δικτύου νανοσωλήνων άνθρακα, νανοσυρμάτων αργύρου ή/και γραφενίου, η αγωγιμότητα του PEDOT:PSS μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά. Τροποποιημένα μελάνια και σκευάσματα PEDOT:PSS διατίθενται για διάφορες διεργασίες επίστρωσης και εκτύπωσης. Τα μελάνια PEDOT:PSS υδατικής βάσης χρησιμοποιούνται κυρίως στην επίστρωση με κεφαλή σχισμής, στη φλεξογραφία, στη βαθυτυπία και στην εκτύπωση ψεκασμού μελάνης.
Διηλεκτρικά μελάνια
Τα διηλεκτρικά μελάνια και οι διηλεκτρικές επιστρώσεις είναι ηλεκτρικά μη αγώγιμα και χρησιμοποιούνται στη μεταξοτυπία πλακετών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων για τη δημιουργία ενός μονωτικού στρώματος για την προστασία και τη βελτίωση των αγώγιμων υλικών.
Τα διηλεκτρικά νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται για να προσδώσουν μονωτική ικανότητα σε μελάνια, πάστες και επιστρώσεις.
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων από εργαστηριακό έως βιομηχανικό μέγεθος.