چسب‌های نانورسانا برای تجهیزات الکترونیکی با عملکرد بالا
پراکنشگرهای فراصوتی به‌عنوان روشی قابل‌اعتماد برای اختلاط و آسیاب‌کردن در تولید چسب‌های با عملکرد بالا برای تجهیزات الکترونیکی و نانوالکترونیکی با عملکرد بالا به کار می‌روند. در تولید تجهیزات الکترونیکی با عملکرد بالا، تقاضای زیادی برای چسب‌هایی مانند چسب‌های نانورسانا وجود دارد. این چسب‌های با عملکرد بالا، برای مثال، به‌عنوان اتصالات جایگزین به کار می‌روند و می‌توانند جایگزین لحیم قلع/سرب شوند.
چسب‌های با عملکرد بالا برای تجهیزات الکترونیکی با عملکرد بالا
برای تولید تجهیزات الکترونیکی با عملکرد بالا، به چسب‌هایی با چسبندگی زیاد به فلز و رسانایی حرارتی برای جداسازی حرارتی و عایق‌کاری نیاز است. نانوذراتی مانند نقره، نیکل، گرافن، اکسید گرافن و نانولوله‌های کربنی (CNTs) اغلب به رزین‌های اپوکسی و پلیمرها افزوده می‌شوند تا خواص عملکردی مطلوب، مانند رسانایی الکتریکی یا عایق‌بودن، رسانایی حرارتی، استحکام کششی، مدول یانگ و انعطاف‌پذیری حاصل شود. چسب‌های با عملکرد بالا که برای کاربردهای الکترونیکی با عملکرد بالا توسعه یافته‌اند، برای تأمین رسانایی الکتریکی از پرکننده‌های فلزی، مانند نانوذرات نقره، طلا، نیکل یا مس، استفاده می‌کنند. برای دستیابی به خواص فوق‌العادهٔ این مواد، اندازهٔ آن‌ها باید به مقیاس نانو کاهش یابد. ازآنجاکه کاهش اندازه و پراکنش نانوذرات کاری چالش‌برانگیز است، فناوری قدرتمند آسیاب‌کردن و پراکنش، کلید دستیابی به فرمولاسیون‌های موفق چسب است.
- چسب‌های رسانای الکتریکی (ECA)
- – چسب‌های رسانای همسانگرد (ICA)
- – چسب‌های رسانای ناهمسانگرد (ACA)
- چسب‌های نارسانا / عایق الکتریکی
نصب صنعتی پراکنشگرهای فراصوتی (2x UIP1000hdT) برای پردازش نانوذرات و نانولوله‌ها در حالت پیوستهٔ درون‌خطی.
پراکنش فراصوتی در مقایسه با روش‌های سنتی اختلاط و آسیاب‌کردن مزایای گوناگونی دارد. به‌دلیل قابلیت اطمینان و اثربخشی، فراصوت‌دهی در پردازش نانومواد جایگاه تثبیت‌شده‌ای یافته است و در هر صنعتی که نانوذرات در آن سنتز و/یا به مایعات افزوده می‌شوند، کاربرد دارد. بنابراین، فراصوت‌دهی روشی ایدئال برای تولید چسب‌های نانورسانایی است که حاوی نانوپرکننده‌هایی مانند نانوذرات، نانوسیم‌ها، یا نانولوله‌های کربنی و تک‌لایه‌های گرافن (نانوورقه‌ها) هستند.
ECAs: نمونه‌ای برجسته، فرمولاسیون چسب‌های رسانای الکتریکی (ECAs) است که کامپوزیت‌هایی متشکل از یک ماتریس پلیمری و پرکننده‌های رسانای الکتریکی هستند. برای فرمول‌بندی یک چسب با عملکرد بالا برای کاربردهای الکترونیکی، رزین پلیمری، مانند اپوکسی، سیلیکون یا پلی‌ایمید، باید کارکردهای فیزیکی و مکانیکی نظیر چسبندگی، استحکام مکانیکی و استحکام ضربه‌ای را فراهم کند، درحالی‌که پرکنندهٔ فلزی، مانند نانونقره، نانوطلا، نانونیکل یا نانومس، رسانایی الکتریکی برتری ایجاد می‌کند. برای چسب‌های دارای خواص عایقی، پرکننده‌های معدنی به کامپوزیت چسب افزوده می‌شوند.
پیش و پس از فراصوت‌دهی: منحنی سبز اندازهٔ ذرات را پیش از فراصوت‌دهی نشان می‌دهد؛ منحنی قرمز، توزیع اندازهٔ ذرات سیلیکای پراکنده‌شده با فراصوت است.
پراکنش فراصوتی نانومواد در چسب‌های گرانرو
هنگامی که لازم است اندازهٔ کلوخه‌ها، تجمعات به‌هم‌پیوسته و حتی ذرات اولیه به‌طور قابل‌اعتماد کاهش یابد، هموژنایزرهای فراصوتی بسیار مؤثرند. مزیت مخلوط‌کن‌های فراصوتی، توانایی آن‌ها در آسیاب‌کردن ذرات تا اندازه‌های کوچک‌تر و یکنواخت‌تر است؛ خواه هدف فرایند دستیابی به ذرات میکرونی باشد یا نانومتری. درحالی‌که فناوری‌های دیگر، مانند مخلوط‌کن‌های پره‌ای یا روتور–استاتور، هموژنایزرهای فشاربالا، آسیاب‌های مهره‌ای و غیره، معایبی مانند ناتوانی در تولید نانوذرات کوچک و یکنواخت، آلودگی ناشی از محیط آسیاب‌کننده، گرفتگی نازل‌ها و مصرف بالای انرژی دارند، پراکنشگرهای فراصوتی بر پایهٔ اصل کاویتاسیون آکوستیکی کار می‌کنند. نشان داده شده است که کاویتاسیون ایجادشده با فراصوت بسیار مؤثر است، از نظر مصرف انرژی کارآمد است و حتی می‌تواند مواد بسیار گرانرو، مانند خمیرهای حاوی نانوذرات، را پراکنده کند.
نانوذرات PLGA. (A): توزیع اندازهٔ ذرات تهیه‌شده با غلظت پلیمر/ توان فراصوت‌دهی برابر با 2%/ 32W، 5%/ 32W و 2%/ 25W%؛ زمان ماند = 14 s. (B),(C): تصاویر SEM ذرات تهیه‌شده از محلول‌های پلیمری 2 و 5%، به‌ترتیب. زمان ماند = 14s؛ توان فراصوت‌دهی = 32W. خط‌های مقیاس نشان‌دهندهٔ 1 میکرون هستند.
(پژوهش و تصاویر: © Freitas et al., 2006)
پراکنش فراصوتی چگونه کار می‌کند؟
نیروهای برشی ناشی از کاویتاسیون و جریان‌های مایع به ذرات شتاب می‌دهند تا با یکدیگر برخورد کنند. این پدیده برخورد بین‌ذره‌ای نام دارد. خود ذرات نقش محیط آسیاب‌کننده را ایفا می‌کنند؛ در نتیجه، از آلودگی ناشی از مهره‌های آسیاب و فرایند جداسازی پس از آن، که هنگام استفاده از آسیاب‌های مهره‌ای متداول ضروری است، جلوگیری می‌شود. ازآنجاکه ذرات بر اثر برخورد بین‌ذره‌ای با سرعت‌های بسیار بالا، تا 280m/sec، خرد می‌شوند، نیروهای فوق‌العاده زیادی به آن‌ها وارد می‌شود و در نتیجه به قطعات بسیار ریز می‌شکنند. اصطکاک و فرسایش به این قطعات ذره‌ای سطحی صیقلی و شکلی یکنواخت می‌بخشند. ترکیب نیروهای برشی و برخورد بین‌ذره‌ای، با تولید سوسپانسیون‌ها و پراکنه‌های کلوئیدی بسیار همگن، مزیت رقابتی همگن‌سازی و پراکنش فراصوتی را فراهم می‌کند!
مزیت دیگر نیروهای برشی شدید تولیدشده با فراصوت، اثر رقیق‌شوندگی برشی است. برای مثال، رزین‌های اپوکسی پرشده با CNTs اکسیدشده که با فراصوت تهیه شده‌اند، رفتار رقیق‌شوندگی برشی نشان می‌دهند. چون رقیق‌شوندگی برشی گرانروی سیال را به‌طور موقت کاهش می‌دهد، پردازش کامپوزیت‌های گرانرو تسهیل می‌شود.
توالی‌ای از فریم‌های ثبت‌شده با سرعت بالا (از a تا f) که لایه‌برداری صوتی–مکانیکی یک پولک گرافیت را در آب با استفاده از UP200S، یک سونیکاتور 200W با سونوتْرود 3-mm، نشان می‌دهد. پیکان‌ها محل شکافتن (لایه‌برداری) را نشان می‌دهند که حباب‌های کاویتاسیون به شکاف آن نفوذ می‌کنند.
(پژوهش و تصاویر:© Tyurnina et al. 2020)
UIP1000hdT – سامانهٔ رومیزی فراصوتی برای تهیهٔ نانوکامپوزیت‌ها، برای مثال برای چسب‌های با عملکرد بالا.
- پردازش مؤثر در مقیاس نانو: کارآمد و صرفه‌جو در زمان
- قابل‌انطباق با فرمولاسیون‌های خاص محصول
- پردازش یکنواخت
- شرایط فرایندی با قابلیت کنترل دقیق
- نتایج تکرارپذیر
- مقرون‌به‌صرفه‌بودن
- کارکرد ایمن
- نصب ساده، نیاز کم به نگهداری
- افزایش خطی مقیاس تا هر حجمی
- سازگار با محیط‌زیست
مقایسهٔ نانوپرکننده‌های مختلف پراکنده‌شده در سخت‌کننده (فراصوت‌دهی–US): (a) 0٫5 wt% نانوالیاف کربنی (CNF)؛ (b) 0٫5 wt% CNToxi؛ (c) 0٫5 wt% نانولولهٔ کربنی (CNT)؛ (d) 0٫5 wt% CNT نیمه‌پراکنده.
(پژوهش و تصویر: © Zanghellini et al., 2021)
سونیکاتورهای پرتوان برای فرمول‌بندی چسب‌های با عملکرد بالا
Hielscher Ultrasonics در زمینهٔ تجهیزات فراصوتی با عملکرد بالا برای پردازش مایعات و دوغاب‌ها تخصص دارد. پراکنشگرهای فراصوتی امکان پردازش مواد بسیار گرانرو، مانند رزین‌های دارای مقدار زیاد پرکننده، را فراهم می‌کنند و توزیع یکنواخت نانومواد در کامپوزیت‌ها را تضمین می‌کنند.
کنترل دقیق پارامترهای فرایند فراصوتی، مانند دامنه، انرژی ورودی، دما، فشار و زمان، امکان تنظیم ویژگی‌های چسب‌ها را در محدودهٔ نانومتری فراهم می‌کند.
چه فرمولاسیون شما به پراکنش نانوپرکننده‌های آلی نیاز داشته باشد چه معدنی، مانند نانولوله‌ها، نانوبلورهای سلولز (CNCs)، نانوالیاف یا نانوفلزها، Hielscher Ultrasonics سامانهٔ فراصوتی ایدئال برای فرمولاسیون چسب شما را دارد.
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند دامنه‌های بسیار بالا ایجاد کنند و حتی در گرانروی‌های بسیار بالا قادر به کلوخه‌زدایی و پراکنده‌سازی نانومواد هستند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm در عملیات 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است.
سونیکاتورهای Hielscher به کیفیت، قابلیت اطمینان و استحکام شناخته می‌شوند. Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهینامهٔ ISO است و تأکید ویژه‌ای بر سونیکاتورهای با عملکرد بالا دارد که از فناوری روز و کاربری آسان برخوردارند. البته سونیکاتورهای Hielscher با CE مطابقت دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای کاربردهای اختلاط، پراکنش، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Zanghellini, B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Aradhana, Ruchi; Mohanty, Smita; Nayak, Sanjay (2019): High performance electrically conductive epoxy/reduced graphene oxide adhesives for electronics packaging applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 30(4), 2019.
- A. Montazeri, M. Chitsazzadeh (2014): Effect of sonication parameters on the mechanical properties of multi-walled carbon nanotube/epoxy composites. Materials & Design Vol. 56, 2014. 500-508.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.