Juhtivate tintide ultraheli tootmine suures mastaabis
- Ühtlaselt dispergeeritud nanoosakesed, näiteks hõbe, grafeen või CNT-d, mille osakeste suurus on täpselt kohandatud, on väga juhtivate tintide tootmiseks üliolulised.
- Võimsad ultraheli dispergaatorid võimaldavad sünteesida, deaglomereerida ja jaotada metallilisi (nt Ag) ja süsinikupõhiseid (nt CNT-d, grafeen) nanoosakesi ning suurepärase elektrijuhtivusega nanokomposiite.
- Hielscheri ultraheli dispergaatorid tagavad kvaliteetsed dispersioonid, olles samal ajal väga tõhusad, töökindlad ja kulutõhusad.
Juhtivate nanoosakeste ultraheli dispergeerimine
Juhtiv tint omab – nagu nimigi osutab – elektrijuhtivuse funktsiooni. Juhtivate tintide ja pinnete valmistamiseks tuleb elektrit juhtivad komponendid (juhtivad täiteained) tintide alusesse dispergeerida väga ühtlaselt. Suure juhtivuse saavutamiseks lisatakse nanoosakesi, näiteks hõbedat, vaske, CNT-sid, grafeeni, grafiiti, muid metallkattega osakesi ja nanokomposiite.
Ultraheli protsessorid tekitavad äärmiselt intensiivseid nihkejõude, mis suudavad ületada van der Waalsi jõud ja molekulaarsidemed. Ultraheli dispergeerimine on eelistatud meetod nanoosakeste dispergeerimiseks, sest ultraheli töötlus (sonikeerimine) annab väga kitsa osakeste suurusjaotuse, suure osakeste funktsionaalsuse ja korratavad tulemused.
Ultraheli partiireaktor nanomaterjalide dispergeerimiseks juhtivates tintides.
- Nanohõbetintid
- Grafeentintid (väga suure grafeenisisaldusega)
- Vasktintid (nanotraadid ja nanoosakesed)
- CNT-tintid
- SWNT-tintid
- Nanokuldtintid
- mitmesugused nanokomposiidid
- 3D-prinditavad tintid
- elektrit juhtivad liimid (ECA-d)
Dielektriliste nanoosakeste ultraheli dispergeerimine
Selleks et anda komposiidile isoleerivad omadused, tuleb dielektrilised osakesed, näiteks SiO2, ZnO, alumiiniumoksiid-epoksiid-nanokomposiidid jt, maatriksisse homogeenselt üksikosakestena dispergeerida. Ultraheli dispergeerimine tagab aglomeraatide lõhkumise, nii et nanoosakesed on hästi dispergeeritud. Väga kitsas osakeste jaotus on materjali usaldusväärse dielektrilise funktsionaalsuse saavutamiseks üliolulise tähtsusega.
Hielscheri suure võimsusega sonikaatorid nanodispersioonide jaoks
Võimsad ultraheli süsteemid tagavad nanoosakeste usaldusväärse dispergeerimise – laboriskaalast ja lauaseadmetest kuni täielikult tööstusliku mastaabini. Võrreldes teiste ultraheliseadmete tarnijatega suudavad Hielscheri ultraheli süsteemid anda väga suuri amplituude kuni 200µm – need töötavad pidevalt 24/7 režiimis ja lihtsakujuliste sonotroodidega. Kui rakendus nõuab veelgi suuremaid amplituude ja/või väga kõrgeid temperatuure, pakub Hielscher kohandatud ultraheli sonotroode, mis suudavad anda amplituude >200µm ja mida saab sisestada väga kuumadesse keskkondadesse (nt metallisulatite ultraheli töötluseks). Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus vastab tööstusstandarditele. Kõik meie seadmed on ehitatud 24/7 tööks raskes koormuses ja nõudlikes keskkondades.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
- kohandatud osakeste suurus
- suur juhtivus
- suur osakeste sisaldus
- madalast kõrge viskoossuseni
- protsessi kontroll
- lihtne töötlemine
- kiire
- kulutõhus
Tööstuslik ultraheli protsessor UIP16000 (16kW) juhtivate tintide tootmiseks
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmist väärt fakte
Elektrit juhtivad nanoosakesed
Nanoosakestel (NP-del) on ainulaadsed materjaliomadused, mis võivad materjali mahuomadustest drastiliselt erineda. Nanomaterjale esineb mitmesugustes kujudes. Neil võib olla äärmiselt suur kuvasuhe 1:1 000 000 (nt nanotorud) või täiesti sfääriline kuju. Lisaks torudele ja kerakestele esinevad nanoosakesed varraste, traatide, vuntsikristallide, nanoõite, kiudude, helveste ja punktide kujul.
Nanoosakeste suurus ja kuju mängivad olulist rolli NP-de omaduste, näiteks tõmbetugevuse, paindlikkuse, termomehaaniliste, juhtivate, dielektriliste, magnetiliste ja optiliste omaduste seisukohalt. Nende funktsionaalsuste andmiseks komposiitidele tuleb NP-d maatriksisse ühtlaselt dispergeerida ja segada. Sellise kvaliteetse dispersiooni saavutamiseks on ultraheli töötlus eelistatud dispergeerimismeetod.
Elektrit juhtivaid nanoosakesi kasutatakse laialdaselt, et anda tintidele ja pinnetele elektrijuhtivuse võime. Nanohõbe (nano-Ag) on üks enim kasutatavaid nanotäiteaineid juhtivates tintides. Hõbedapõhiseid juhtivaid tinte saab koostada vesipõhiste ja sõelatrükitavate tintidena, mis on paindlikud ja kortsumiskindlad.
Juhtivad tindid
Juhtivad tindid on juhtivad polümeerid (polüaniliin, polütiofeen või polüpürrool jne), mida saab kanda pinnale tindiprintimise, tsentrifugaalpinnamise (spin-coating) jms abil. Levinud elektrit juhtivad tindid saab juhtivate komponentide põhjal jagada kolme kategooriasse: need võivad olla väärismetallid, juhtivad polümeerid või süsiniknanomaterjalid. Juhtivatel tintidel on lai kasutusvaldkond ja neid kasutatakse elektroonika, pakendite (PET- ja plastkiled), andurite, antennide, RFID-siltide/-etikettide, puuteekraanide, OLED-ekraanide, trükitud küttekehade ja paljude muude valmistamisel.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)] on üks enim kasutatavaid juhtivaid polümeere, mis pakub lisaks suurele juhtivusele läbipaistvat välimust. Süsiniknanotorude, hõbenanotraatide ja/või grafeeni võrgustiku lisamisega saab PEDOT:PSS-i juhtivust oluliselt suurendada. Modifitseeritud PEDOT:PSS-tinte ja koostisi on saadaval erinevate pinnamis- ja trükiprotsesside jaoks. Vesipõhiseid PEDOT:PSS-tinte kasutatakse peamiselt pilu-düüsiga pinnamisel (slot die coating), fleksograafias, sügavtrükis ja tindiprinteris.
Dielektrilised tindid
Dielektrilised tindid ja pinded on elektrit mittejuhtivad ning neid kasutatakse trükkplaatide sõelatrükis isoleeriva kihi loomiseks juhtivate materjalide kaitseks ja täiustamiseks.
Dielektrilisi nanoosakesi kasutatakse tintidele, pastadele ja pinnetele isoleerivate omaduste andmiseks.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laboriseadmetest kuni tööstusliku suuruseni.