تولید فراصوتی جوهرهای رسانا در مقیاس بزرگ
- نانوذراتی مانند نقره، گرافن یا CNTs که به‌طور یکنواخت پراکنده شده‌اند و اندازهٔ ذرات آن‌ها به‌دقت متناسب با نیاز تنظیم شده است، برای تولید جوهرهای با رسانایی بالا ضروری‌اند.
- پراکنده‌سازهای فراصوتی قدرتمند امکان سنتز، کلوخه‌زدایی و توزیع نانوذرات فلزی (مانند Ag)، نانوذرات کربنی (مانند CNTs و گرافن) و نیز نانوکامپوزیت‌هایی با رسانایی الکتریکی عالی را فراهم می‌کنند.
- پراکنده‌سازهای فراصوتی Hielscher پراکنه‌هایی با کیفیت بالا را تضمین می‌کنند و در عین حال بسیار مؤثر، قابل‌اعتماد و مقرون‌به‌صرفه‌اند.
پراکنش فراصوتی نانوذرات رسانا
جوهر رسانا – همان‌طور که نامش نشان می‌دهد – قابلیت رسانایی الکتریکی دارد. برای تهیهٔ جوهرها و پوشش‌های رسانا، اجزای رسانای برق (پرکننده‌های رسانا) باید به‌شکلی بسیار یکنواخت در پایهٔ جوهر پراکنده شوند. نانوذراتی مانند نقره، مس، CNTs، گرافن، گرافیت، دیگر ذرات با پوشش فلزی و نانوکامپوزیت‌ها برای دستیابی به رسانایی بالا به فرمولاسیون افزوده می‌شوند.
پردازشگرهای فراصوتی نیروهای برشی بسیار شدیدی ایجاد می‌کنند که می‌توانند بر نیروهای واندروالس و پیوندهای مولکولی غلبه کنند. پراکنش فراصوتی روش ترجیحی برای پراکنده‌سازی نانوذرات است، زیرا فراصوت‌دهی توزیع اندازهٔ دانه با دامنه‌ای بسیار باریک، قابلیت‌های عملکردی بالای ذرات و نتایج تکرارپذیر فراهم می‌کند.
راکتور فراصوتی ناپیوسته برای پراکنش نانومواد در جوهرهای رسانا.
- جوهرهای نانونقره
- جوهرهای گرافنی (با بارگذاری بسیار بالای گرافن)
- جوهرهای مسی (نانوسیم‌ها و نانوذرات)
- جوهرهای CNT
- جوهرهای SWNT
- جوهرهای نانوطلا
- نانوکامپوزیت‌های گوناگون
- جوهرهای قابل‌استفاده در چاپ 3D
- چسب‌های رسانای الکتریکی (ECAs)
پراکنش فراصوتی نانوذرات دی‌الکتریک
برای ایجاد خواص عایق در یک کامپوزیت، ذرات دی‌الکتریک مانند SiO2، ZnO و نانوکامپوزیت‌های آلومینا–اپوکسی، در کنار سایر موارد، باید به‌صورت ذرات منفرد و به‌طور همگن در ماتریس پراکنده شوند. پراکنده‌سازی فراصوتی شکسته شدن کلوخه‌ها را تضمین می‌کند تا نانوذرات به‌خوبی پراکنده شوند. توزیع ذرات با دامنه‌ای بسیار باریک برای دستیابی به عملکرد دی‌الکتریک قابل‌اعتماد ماده ضروری است.
سونیکاتورهای پرتوان Hielscher برای نانوپراکنه‌ها
سامانه‌های فراصوتی قدرتمند پراکنش قابل‌اعتماد نانوذرات را تضمین می‌کنند – از مقیاس آزمایشگاهی و رومیزی تا مقیاس کاملاً صنعتی. در مقایسه با دیگر تأمین‌کنندگان تجهیزات فراصوتی، سامانه‌های فراصوتی Hielscher قادرند دامنه‌های ارتعاشی بسیار بالا تا 200µm را فراهم کنند – با کارکرد پیوستهٔ 24/7 و با سونوتْرودهایی با شکل ساده. اگر کاربردی به دامنه‌های ارتعاشی حتی بالاتر و/یا دماهای بسیار بالا نیاز داشته باشد، Hielscher سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی ارائه می‌کند که می‌توانند دامنه‌های ارتعاشی >200µm ایجاد کنند و در محیط‌های بسیار داغ قرار گیرند (برای مثال، برای فراصوت‌دهی مذاب‌های فلزی). استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher الزامات استانداردهای صنعتی را برآورده می‌کند. تمام تجهیزات ما برای کارکرد 24/7 زیر بار سنگین و در محیط‌های دشوار ساخته شده‌اند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
- اندازهٔ ذرات متناسب با نیاز
- رسانایی بالا
- بارگذاری بالای ذرات
- گرانروی‌های پایین تا بالا
- کنترل فرایند
- پردازش آسان
- سریع
- مقرون‌به‌صرفه
پردازشگر فراصوتی صنعتی UIP16000 (16kW) برای تولید جوهرهای رسانا
منابع / مراجع
- 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.
نکات دانستنی
نانوذرات رسانای الکتریکی
نانوذرات (NPs) ویژگی‌های منحصربه‌فردی به ماده می‌بخشند که می‌توانند با ویژگی‌های همان ماده در حالت توده‌ای تفاوت چشمگیری داشته باشند. نانومواد شکل‌های گوناگونی دارند. آن‌ها می‌توانند نسبت ابعادی بسیار بالای 1:1٬000٬000 (مانند نانولوله‌ها) یا شکلی کاملاً کروی داشته باشند. نانوذرات علاوه بر شکل‌های لوله‌ای و کروی، به‌شکل میله، سیم، ویسکر، نانوگل، الیاف، پولک و نقطه نیز وجود دارند.
اندازه و شکل نانوذرات نقش مهمی در خواص NPs، مانند استحکام کششی، انعطاف‌پذیری و خواص گرما‌مکانیکی، رسانایی، دی‌الکتریک، مغناطیسی و نوری دارند. برای ایجاد این قابلیت‌های عملکردی در کامپوزیت‌ها، NPs باید به‌طور یکنواخت در ماتریس پراکنده و با آن مخلوط شوند. برای دستیابی به چنین پراکنهٔ باکیفیتی، فراصوت‌دهی روش ترجیحی پراکنده‌سازی است.
نانوذرات رسانای الکتریکی به‌طور گسترده برای ایجاد قابلیت رسانایی الکتریکی در جوهرها و پوشش‌ها به کار می‌روند. نانونقره (nano-Ag) یکی از پرکاربردترین نانوپرکننده‌ها در جوهرهای رسانا است. جوهرهای رسانای پایه‌نقره را می‌توان به‌صورت جوهرهای پایه‌آب و قابل‌چاپ به روش سیلک‌اسکرین فرمول‌بندی کرد که انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر چین‌خوردگی هستند.
جوهرهای رسانا
جوهرهای رسانا پلیمرهای رسانایی (پلی‌آنیلین، پلی‌تیوفن یا پلی‌پیرول‌ها و غیره) هستند که می‌توان آن‌ها را با چاپ جوهرافشان، پوشش‌دهی چرخشی و روش‌های دیگر نشاند. جوهرهای رسانای الکتریکی متداول را می‌توان بر اساس اجزای رسانای آن‌ها در سه دسته طبقه‌بندی کرد؛ این اجزا می‌توانند فلزات نجیب، پلیمرهای رسانا یا نانومواد کربنی باشند. جوهرهای رسانا دامنهٔ کاربرد گسترده‌ای دارند و در ساخت تجهیزات الکترونیکی، بسته‌بندی (PET و فیلم‌های پلاستیکی)، حسگرها، آنتن‌ها، تگ‌ها/برچسب‌های RFID، صفحه‌های لمسی، نمایشگرهای OLED، گرم‌کن‌های چاپی و بسیاری موارد دیگر به کار می‌روند.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)] یکی از پرکاربردترین پلیمرهای رسانا است که علاوه بر رسانایی بالا، ظاهری شفاف دارد. با افزودن شبکه‌ای از نانولوله‌های کربنی، نانوسیم‌های نقره و/یا گرافن، می‌توان رسانایی PEDOT:PSS را به‌طور چشمگیری افزایش داد. جوهرها و فرمولاسیون‌های اصلاح‌شدهٔ PEDOT:PSS برای فرایندهای مختلف پوشش‌دهی و چاپ در دسترس‌اند. جوهرهای پایه‌آب PEDOT:PSS عمدتاً در پوشش‌دهی با دای شکافی، فلکسوگرافی، روتوگراور و چاپ جوهرافشان به کار می‌روند.
جوهرهای دی‌الکتریک
جوهرها و پوشش‌های دی‌الکتریک از نظر الکتریکی نارسانا هستند و در چاپ سیلک‌اسکرین بردهای مدار الکترونیکی به کار می‌روند تا لایه‌ای عایق برای محافظت از مواد رسانا و بهبود آن‌ها ایجاد کنند.
نانوذرات دی‌الکتریک برای ایجاد قابلیت عایق‌کاری در جوهرها، خمیرها و پوشش‌ها به کار می‌روند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.