Johtavien musteiden laajamittainen valmistus ultraäänellä
- Tasaisesti dispergoidut nanohiukkaset, kuten hopea, grafeeni tai hiilinanoputket (CNT), joiden hiukkaskoko on tarkasti räätälöity, ovat ratkaisevan tärkeitä erittäin johtavien musteiden valmistuksessa.
- Tehokkaat ultraäänidispergointilaitteet mahdollistavat metallisten (esim. Ag) ja hiilipohjaisten (esim. CNT, grafeeni) nanohiukkasten sekä erinomaisesti sähköä johtavien nanokomposiittien syntetisoinnin, deagglomeroinnin ja tasaisen jakautumisen.
- Ultraäänidispergointilaitteet (Hielscher) varmistavat laadukkaat dispersiot ja ovat samalla erittäin tehokkaita, luotettavia ja kustannustehokkaita.
Johtavien nanohiukkasten dispergointi ultraäänellä
Johtavalla musteella on – kuten nimikin kertoo – sähköä johtava ominaisuus. Johtavien musteiden ja pinnoitteiden valmistamiseksi sähköä johtavat komponentit (johtavat täyteaineet) on dispergoitava erittäin tasaisesti musteen perusaineeseen. Nanohiukkasia, kuten hopeaa, kuparia, hiilinanoputkia (CNT), grafeenia, grafiittia, muita metallipinnoitettuja hiukkasia ja nanokomposiitteja, lisätään korkean johtavuuden saavuttamiseksi.
Ultraääniprosessorit tuottavat erittäin voimakkaita leikkausvoimia, joilla voidaan voittaa van der Waalsin voimat ja molekyylisidokset. Ultraäänidispergointi on ensisijainen menetelmä nanohiukkasten dispergointiin, sillä ultraäänikäsittely tuottaa erittäin kapean raekokojakauman, hiukkasille korkean toiminnallisuuden ja toistettavia tuloksia.
Ultraäänipanოსreaktori nanomateriaalien dispergointiin johtaviin musteisiin.
- Nanohopeamusteet
- Grafeenimusteet (joiden grafeenipitoisuus on erittäin korkea)
- Kuparimusteet (nanolangat ja nanohiukkaset)
- CNT-musteet
- SWNT-musteet
- Nanokultamusteet
- monenlaiset nanokomposiitit
- 3D-tulostettavat musteet
- sähköä johtavat liimat (ECA)
Dielektristen nanohiukkasten dispergointi ultraäänellä
Eristysominaisuuksien aikaansaamiseksi komposiittiin dielektriset hiukkaset, kuten SiO2, ZnO ja alumiinioksidi–epoksi-nanokomposiitit, on muiden vastaavien materiaalien tavoin dispergoitava homogeenisesti yksittäisinä hiukkasina matriisiin. Ultraäänidispergointi varmistaa agglomeraattien hajoamisen, jolloin nanohiukkaset dispergoituvat hyvin. Erittäin kapea hiukkasjakauma on ratkaisevan tärkeä materiaalin luotettavan dielektrisen toiminnallisuuden saavuttamiseksi.
Hielscherin suuritehoiset ultraäänilaitteet nanodispersioiden valmistukseen
Tehokkaat ultraäänijärjestelmät varmistavat nanohiukkasten luotettavan dispergoinnin – laboratorio- ja pöytälaitemittakaavasta aina täyteen teolliseen mittakaavaan asti. Muihin ultraäänilaitteiden toimittajiin verrattuna Hielscherin ultraäänijärjestelmät pystyvät tuottamaan erittäin suuria, jopa 200 µm:n amplitudeja – jatkuvassa ympärivuorokautisessa käytössä viikon jokaisena päivänä (24/7) ja yksinkertaisilla sonotrodimuodoilla. Jos sovellus edellyttää vielä suurempia amplitudeja ja/tai erittäin korkeita lämpötiloja, Hielscher tarjoaa räätälöityjä ultraäänisonotrodeja, jotka voivat tuottaa >200 µm:n amplitudeja ja jotka voidaan sijoittaa erittäin kuumiin ympäristöihin (esim. metallisulien ultraäänikäsittelyä varten). Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys täyttää teollisuuden standardit. Kaikki laitteemme on rakennettu ympärivuorokautiseen käyttöön viikon jokaisena päivänä (24/7) raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Panostilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 10–2000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä, jossa on UIP16000 |
- räätälöity hiukkaskoko
- korkea johtavuus
- korkeat hiukkaspitoisuudet
- matalista korkeisiin viskositeetteihin
- prosessin hallinta
- helppo käsittely
- nopea
- kustannustehokas
Teollinen ultraääniprosessori UIP16000 (16 kW) johtavien musteiden valmistukseen
Kirjallisuus / lähteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Sähköä johtavat nanohiukkaset
Nanohiukkaset (NP) tarjoavat ainutlaatuisia materiaaliominaisuuksia, jotka voivat poiketa huomattavasti saman materiaalin ominaisuuksista makroskooppisessa muodossa. Nanomateriaaleja on monenmuotoisia. Niillä voi olla erittäin suuri sivusuhde 1:1 000 000 (esim. nanoputket) tai täydellisen pallomainen muoto. Putkien ja pallojen lisäksi nanohiukkaset voivat olla sauvojen, lankojen, viiksikiteiden, nanokukkien, kuitujen, hiutaleiden ja pisteiden muotoisia.
Nanohiukkasten koolla ja muodolla on tärkeä merkitys niiden ominaisuuksille, kuten vetolujuudelle, joustavuudelle sekä termomekaanisille, johtaville, dielektrisille, magneettisille ja optisille ominaisuuksille. Näiden toiminnallisuuksien aikaansaamiseksi komposiitteihin nanohiukkaset on dispergoitava ja sekoitettava tasaisesti matriisiin. Näin laadukkaan dispersion saavuttamiseksi ultraäänikäsittely on ensisijainen dispergointimenetelmä.
Sähköä johtavia nanohiukkasia käytetään laajalti antamaan musteille ja pinnoitteille sähkönjohtavuutta. Nanohopea (nano-Ag) on yksi johtavissa musteissa eniten käytetyistä nanotäyteaineista. Hopeapohjaiset johtavat musteet voidaan formuloida vesipohjaisiksi ja silkkipainoon soveltuviksi musteiksi, jotka ovat joustavia ja kestävät taittumista.
Johtavat musteet
Johtavat musteet ovat johtavia polymeerejä (polyaniliini, polytiofeeni tai polypyrrolit jne.), joita voidaan levittää esimerkiksi mustesuihkutulostuksella tai pyörityspinnoituksella. Yleiset sähköä johtavat musteet voidaan luokitella kolmeen ryhmään niiden johtavien komponenttien mukaan, jotka voivat olla joko jalometalleja, johtavia polymeerejä tai hiilinanomateriaaleja. Johtavilla musteilla on laaja käyttöalue, ja niitä käytetään elektroniikan, pakkausten (PET- ja muovikalvot), anturien, antennien, RFID-tunnisteiden/-etikettien, kosketusnäyttöjen, OLED-näyttöjen, painettujen lämmittimien ja monien muiden tuotteiden valmistuksessa.
PEDOT:PSS [poly(3,4-etyleenidioksitiofeeni) poly(styreenisulfonaatti)] on yksi eniten käytetyistä johtavista polymeereistä, ja korkean johtavuutensa lisäksi se on läpinäkyvä. Lisäämällä hiilinanoputkista, hopeananolangoista ja/tai grafeenista muodostuva verkosto PEDOT:PSS:n johtavuutta voidaan parantaa merkittävästi. Muokattuja PEDOT:PSS-musteita ja -formulaatioita on saatavana erilaisiin pinnoitus- ja painoprosesseihin. Vesipohjaisia PEDOT:PSS-musteita käytetään pääasiassa rakosuulakepinnoituksessa, fleksopainossa, syväpainossa ja mustesuihkutulostuksessa.
Dielektriset musteet
Dielektriset musteet ja pinnoitteet eivät johda sähköä, ja niitä käytetään elektronisten piirilevyjen silkkipainossa eristävän kerroksen muodostamiseen johtavien materiaalien suojaamiseksi ja parantamiseksi.
Dielektrisiä nanohiukkasia käytetään antamaan musteille, tahnoille ja pinnoitteille eristysominaisuuksia.
Hielscher Ultrasonics valmistaa suorituskykyisiä ultraäänihomogenisaattoreita kokoluokissa laboratoriomittakaavasta aina teolliseen mittakaavaan asti.