Producción ultrasónica de tintas conductoras a gran escala
- Las nanopartículas de plata, grafeno o CNTs dispersadas uniformemente y con un tamaño de partícula ajustado con precisión son fundamentales para producir tintas de alta conductividad.
- Los potentes dispersores ultrasónicos permiten sintetizar, desaglomerar y distribuir nanopartículas metálicas (p. ej., Ag), nanopartículas basadas en carbono (p. ej., CNTs, grafeno) y nanocompuestos con una excelente conductividad eléctrica.
- Los dispersores ultrasónicos de Hielscher garantizan dispersiones de alta calidad y son muy eficaces, fiables y rentables.
Dispersión ultrasónica de nanopartículas conductoras
La tinta conductora tiene –como indica su nombre– la propiedad de conducir la electricidad. Para preparar tintas y recubrimientos conductores, los componentes que conducen la electricidad (cargas conductoras) deben dispersarse de manera muy uniforme en la base de la tinta. Se incorporan nanopartículas de plata, cobre, CNTs, grafeno, grafito, otras partículas recubiertas de metal y nanocompuestos para obtener una alta conductividad.
Los procesadores ultrasónicos generan fuerzas de cizallamiento extremadamente intensas, capaces de superar las fuerzas de van der Waals y los enlaces moleculares. La dispersión ultrasónica es la técnica preferida para dispersar nanopartículas, ya que la sonicación proporciona una distribución muy estrecha del tamaño de grano, una elevada funcionalidad de las partículas y resultados reproducibles.
Reactor ultrasónico por lotes para la dispersión de nanomateriales en tintas conductoras.
- Tintas de nanoplata
- Tintas de grafeno (con cargas de grafeno muy elevadas)
- Tintas de cobre (nanohilos y nanopartículas)
- Tintas de CNT
- Tintas de SWNT
- Tintas de nanooro
- diversos nanocompuestos
- tintas para impresión 3D
- adhesivos eléctricamente conductores (ECAs)
Dispersión ultrasónica de nanopartículas dieléctricas
Para conferir propiedades aislantes a un material compuesto, las partículas dieléctricas, como SiO2, ZnO y nanocompuestos de alúmina y resina epoxi, entre otras, deben dispersarse homogéneamente en la matriz como partículas individuales. La dispersión ultrasónica garantiza la ruptura de los aglomerados para que las nanopartículas queden bien dispersadas. Una distribución muy estrecha de las partículas es fundamental para obtener una funcionalidad dieléctrica fiable del material.
Sonicadores de alta potencia de Hielscher para nanodispersiones
Los potentes sistemas ultrasónicos garantizan una dispersión fiable de las nanopartículas –desde equipos de laboratorio y de sobremesa hasta sistemas a escala plenamente industrial–. En comparación con otros proveedores de equipos ultrasónicos, los sistemas ultrasónicos de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas de hasta 200 µm –de forma continua en funcionamiento 24/7 y con sonotrodos de geometría sencilla–. Si una aplicación requiere amplitudes aún mayores y/o temperaturas muy altas, Hielscher ofrece sonotrodos ultrasónicos personalizados que pueden proporcionar amplitudes de >200 µm e introducirse en entornos muy calientes (p. ej., para la sonicación de metales fundidos). La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher cumple las normas industriales. Todos nuestros equipos están diseñados para un funcionamiento 24/7 bajo condiciones de trabajo intensivas y en entornos exigentes.
La siguiente tabla ofrece una indicación de la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000 |
- tamaño de partícula ajustado a las necesidades
- alta conductividad
- cargas de partículas elevadas
- viscosidades de bajas a altas
- control del proceso
- procesamiento sencillo
- rapidez
- rentabilidad
Procesador ultrasónico industrial UIP16000 (16 kW) para la producción de tintas conductoras
Bibliografía / Referencias
- 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.
Información de interés
Nanopartículas eléctricamente conductoras
Las nanopartículas (NPs) presentan características únicas que pueden diferir drásticamente de las del material a escala macroscópica. Los nanomateriales adoptan formas muy diversas. Pueden tener una relación de aspecto extremadamente elevada de 1:1.000.000 (p. ej., los nanotubos) o una forma perfectamente esférica. Además de tubos y esferas, las nanopartículas pueden adoptar formas de varillas, hilos, filamentos aciculares, nanoflores, fibras, láminas y puntos.
El tamaño y la forma de las nanopartículas desempeñan un papel importante en las propiedades de las NPs, como la resistencia a la tracción, la flexibilidad y las propiedades termomecánicas, conductoras, dieléctricas, magnéticas y ópticas. Para conferir estas funcionalidades a los materiales compuestos, las NPs deben dispersarse y mezclarse uniformemente en la matriz. La sonicación es la técnica de dispersión preferida para obtener una dispersión de esta calidad.
Las nanopartículas eléctricamente conductoras se utilizan ampliamente para conferir conductividad eléctrica a tintas y recubrimientos. La nanoplata (nano-Ag) es una de las nanocargas más utilizadas en las tintas conductoras. Las tintas conductoras a base de plata pueden formularse como tintas de base acuosa aptas para serigrafía, flexibles y resistentes al plegado.
Tintas conductoras
Las tintas conductoras son polímeros conductores (polianilina, politiofeno o polipirroles, etc.) que pueden depositarse mediante impresión por inyección de tinta, recubrimiento por centrifugación, etc. Las tintas eléctricamente conductoras habituales pueden clasificarse en tres categorías según sus componentes conductores: metales nobles, polímeros conductores o nanomateriales de carbono. Las tintas conductoras tienen un amplio campo de aplicación y se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos, envases (PET y películas de plástico), sensores, antenas, etiquetas RFID, pantallas táctiles, pantallas OLED, calentadores impresos y muchos otros productos.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)] es uno de los polímeros conductores más utilizados y ofrece, además de su alta conductividad, un aspecto transparente. La incorporación de una red de nanotubos de carbono, nanohilos de plata y/o grafeno puede mejorar significativamente la conductividad del PEDOT:PSS. Existen tintas y formulaciones de PEDOT:PSS modificado para distintos procesos de recubrimiento e impresión. Las tintas de PEDOT:PSS de base acuosa se utilizan principalmente en el recubrimiento por boquilla de ranura, la flexografía, el huecograbado y la impresión por inyección de tinta.
Tintas dieléctricas
Las tintas y los recubrimientos dieléctricos no conducen la electricidad y se utilizan en la serigrafía de placas de circuitos electrónicos para crear una capa aislante que proteja y mejore los materiales conductores.
Las nanopartículas dieléctricas se utilizan para conferir capacidad aislante a tintas, pastas y recubrimientos.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento, desde equipos de laboratorio hasta equipos de tamaño industrial.