Adhesivos nanoconductores para electrónica de alto rendimiento

Los dispersores ultrasónicos se utilizan como técnica fiable de mezcla y molienda en la producción de adhesivos de alto rendimiento para electrónica de alto rendimiento y nanoelectrónica. En la producción de electrónica de alto rendimiento, hay una gran demanda de adhesivos nanoconductores. Estos adhesivos de alto rendimiento se utilizan, por ejemplo, como interconexiones alternativas y pueden sustituir a las soldaduras de estaño/plomo.

Adhesivos de alto rendimiento para electrónica de alto rendimiento

Para la producción de productos electrónicos de alto rendimiento, se requieren adhesivos con alta adhesividad metálica y conductividad térmica para el desacoplamiento térmico y el aislamiento. Las nanopartículas como la plata, el níquel, el grafeno, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono (CNT) se incorporan con frecuencia a resinas epoxi y polímeros para obtener las propiedades funcionales deseadas, como la conductividad eléctrica o el aislamiento, la conductividad térmica, la resistencia a la tracción, el módulo de Young y la flexibilidad. Adhesivos de alto rendimiento desarrollados para rellenos metálicos de uso electrónico de alto rendimiento (como nanopartículas de plata, oro, níquel o cobre) para proporcionar conductividad eléctrica. Para desbloquear las propiedades extraordinarias de estos materiales, su tamaño debe reducirse a nanoescala. Dado que la reducción del tamaño y la dispersión de las nanopartículas es una tarea difícil, una potente tecnología de molienda y dispersión es clave para el éxito de las formulaciones adhesivas.

La dispersión por ultrasonidos ofrece diversas ventajas en comparación con las técnicas tradicionales de mezcla y molienda. Debido a su fiabilidad y eficacia, la sonicación se ha establecido en el procesamiento de nanomateriales y puede encontrarse en cualquier industria en la que se sinteticen nanopartículas y/o se incorporen a líquidos. La ultrasonicación es, por tanto, la técnica ideal para la producción de adhesivos nanoconductores que contienen nanorrellenos como nanopartículas, nanocables o nanotubos de carbono y monocapas de grafeno (nanohojas).
ECAs: Un ejemplo destacado es la formulación de adhesivos conductores de la electricidad (ECA), que son compuestos formados por una matriz polimérica y cargas conductoras de la electricidad. Para formular un adhesivo de alto rendimiento para aplicaciones electrónicas, una resina polimérica (por ejemplo, epoxi, silicona, poliimida) debe proporcionar funcionalidades físicas y mecánicas como adhesión, resistencia mecánica, resistencia al impacto, mientras que el relleno metálico (por ejemplo, nanoplata, nanooro, nano-níquel o nano-cobre) crea una conductividad eléctrica superior. En el caso de los adhesivos con propiedades aislantes, se incorporan cargas minerales al compuesto adhesivo.

Antes y después de la sonicación: La curva verde muestra el tamaño de partícula antes de la sonicación, la curva roja es la distribución del tamaño de partícula de la sílice dispersada por ultrasonidos.

Dispersión ultrasónica de nanomateriales en adhesivos viscosos

Los homogeneizadores ultrasónicos son muy eficaces cuando es preciso reducir de forma fiable el tamaño de aglomerados de partículas, agregados e incluso partículas primarias. La ventaja de los mezcladores ultrasónicos es su capacidad para moler partículas hasta tamaños más pequeños y uniformes, ya se trate de micropartículas o nanopartículas. Mientras que otras tecnologías, como los mezcladores de paletas o rotor-estator, los homogeneizadores de alta presión, los molinos de bolas, etc., presentan inconvenientes como la incapacidad de producir nanopartículas uniformemente pequeñas, la contaminación por los medios de molienda, la obstrucción de las boquillas y el elevado consumo de energía, los dispersores ultrasónicos utilizan el principio de funcionamiento de la cavitación acústica. La cavitación generada por ultrasonidos ha demostrado ser muy eficaz, eficiente desde el punto de vista energético y capaz de dispersar incluso materiales muy viscosos, como las pastas cargadas de nanopartículas.

¿Cómo funciona la dispersión ultrasónica?

Las fuerzas de cizallamiento cavitacional y las corrientes de líquido aceleran las partículas de modo que chocan entre sí. Esto se conoce como colisión interpartículas. Las propias partículas actúan como medio de molienda, lo que evita la contaminación por perlas de molienda y el posterior proceso de separación, necesario cuando se utilizan molinos de perlas convencionales. Dado que las partículas se rompen por colisión interpartículas a velocidades muy altas, de hasta 280 m/seg, se aplican fuerzas extraordinariamente altas a las partículas, que se rompen por tanto en fracciones diminutas. La fricción y la erosión confieren a esos fragmentos de partículas una superficie pulida y una forma uniforme. La combinación de fuerzas de cizallamiento y colisión entre partículas confiere a la homogeneización y dispersión por ultrasonidos la ventaja de proporcionar suspensiones y dispersiones coloidales altamente homogéneas.
Otra ventaja de las fuerzas de alto cizallamiento generadas por ultrasonidos es el efecto de adelgazamiento por cizallamiento. Por ejemplo, las resinas epoxi preparadas por ultrasonidos y rellenas de CNT oxidados muestran un comportamiento de cizallamiento-adelgazamiento. Como el adelgazamiento por cizallamiento reduce temporalmente la viscosidad del fluido, se facilita el procesamiento de compuestos viscosos.

Secuencia de alta velocidad (de a a f) de fotogramas que ilustran la exfoliación sonomecánica de una escama de grafito en agua utilizando el UP200S, un ultrasonido de 200 W con sonotrodo de 3 mm. Las flechas muestran el lugar de la división (exfoliación) con burbujas de cavitación que penetran en la división.
(Estudio e imágenes:© Tyurnina et al. 2020)

Comparación de diferentes nanorrellenos dispersos en el endurecedor (ultrasonidos-US): (a) 0,5 % en peso de nanofibras de carbono (CNF); (b) 0,5 % en peso de CNToxi; (c) 0,5 % en peso de nanotubos de carbono (CNT); (d) 0,5 % en peso de CNT semidispersos.(Estudio e imagen: © Zanghellini et al., 2021)

Ultrasonidos de alta potencia para la formulación de adhesivos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics es especialista en equipos ultrasónicos de alto rendimiento para el procesamiento de líquidos y lodos. Los dispersores ultrasónicos permiten procesar materiales de alta viscosidad, como resinas muy cargadas, y garantizan la distribución uniforme de nanomateriales en materiales compuestos.
El control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico, como la amplitud, la entrada de energía, la temperatura, la presión y el tiempo, permite adaptar los adhesivos en el rango nanométrico.
Tanto si su formulación requiere la dispersión de nanorrellenos orgánicos o inorgánicos como nanotubos, nanocristales de celulosa (CNC), nanofibras o nanometales, Hielscher Ultrasonics tiene la configuración ultrasónica ideal para su formulación adhesiva.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden suministrar amplitudes muy elevadas y son capaces de desaglomerar y dispersar nanomateriales incluso a viscosidades muy altas. Las amplitudes de hasta 200 µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7.
Los ultrasonidos Hielscher son reconocidos por su calidad, fiabilidad y robustez. Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonicadores de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonicadores Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores: