Production à grande échelle d’encres conductrices par ultrasons
- Des nanoparticules uniformément dispersées, telles que l’argent, le graphène ou les CNTs, dont la taille est ajustée avec précision, sont essentielles à la production d’encres hautement conductrices.
- De puissants disperseurs à ultrasons permettent de synthétiser, de désagglomérer et de répartir des nanoparticules métalliques (p. ex. Ag), à base de carbone (p. ex. CNTs, graphène), ainsi que des nanocomposites présentant une excellente conductivité électrique.
- Les disperseurs à ultrasons Hielscher assurent des dispersions de haute qualité tout en étant très efficaces, fiables et économiques.
Dispersion par ultrasons de nanoparticules conductrices
L’encre conductrice possède – comme son nom l’indique – une fonction de conductivité électrique. Pour préparer des encres et des revêtements conducteurs, les composants qui conduisent l’électricité (charges conductrices) doivent être dispersés de manière très uniforme dans la base de l’encre. Des nanoparticules telles que l’argent, le cuivre, les CNTs, le graphène, le graphite, d’autres particules revêtues de métal et des nanocomposites sont incorporés pour obtenir une conductivité élevée.
Les processeurs à ultrasons génèrent des forces de cisaillement extrêmement intenses, capables de vaincre les forces de van der Waals et les liaisons moléculaires. La dispersion par ultrasons est la technique privilégiée pour disperser les nanoparticules, car la sonication permet d’obtenir une distribution granulométrique très étroite, des fonctionnalités élevées des particules et des résultats reproductibles.
Réacteur à ultrasons discontinu pour la dispersion de nanomatériaux dans les encres conductrices.
- Encres à base de nanoargent
- Encres à base de graphène (avec des teneurs très élevées en graphène)
- Encres à base de cuivre (nanofils et nanoparticules)
- Encres à base de CNTs
- Encres à base de SWNT
- Encres à base de nano-or
- divers nanocomposites
- encres pour l’impression 3D
- adhésifs électriquement conducteurs (ECAs)
Dispersion par ultrasons de nanoparticules diélectriques
Pour conférer des propriétés isolantes à un composite, des particules diélectriques telles que SiO2, ZnO et des nanocomposites alumine-époxy, entre autres, doivent être dispersées de manière homogène dans la matrice sous forme de particules individuelles. La dispersion par ultrasons assure la rupture des agglomérats afin que les nanoparticules soient bien dispersées. Une distribution granulométrique très étroite est essentielle pour obtenir une fonction diélectrique fiable du matériau.
Appareils à ultrasons Hielscher de haute puissance pour les nanodispersions
De puissants systèmes à ultrasons assurent une dispersion fiable des nanoparticules – du laboratoire et des appareils de paillasse jusqu’à l’échelle entièrement industrielle. Comparés aux systèmes d’autres fournisseurs d’équipements à ultrasons, les systèmes à ultrasons Hielscher sont capables de fournir des amplitudes très élevées allant jusqu’à 200µm – en fonctionnement continu 24/7 et avec des sonotrodes de forme simple. Si une application nécessite des amplitudes encore plus élevées et/ou des températures très élevées, Hielscher propose des sonotrodes à ultrasons sur mesure, capables de fournir des amplitudes de >200µm et pouvant être introduites dans des environnements très chauds (p. ex. pour la sonication de métaux en fusion). La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher répond aux normes industrielles. Tous nos équipements sont conçus pour un fonctionnement 24/7 en service intensif et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :
| Volume par lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | supérieur | ensemble de UIP16000 |
- taille des particules ajustée sur mesure
- conductivité élevée
- teneurs élevées en particules
- viscosités faibles à élevées
- contrôle du procédé
- traitement facile
- rapide
- économique
Processeur à ultrasons industriel UIP16000 (16kW) pour la production d’encres conductrices
Bibliographie / Références
- 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.
Informations utiles
Nanoparticules électriquement conductrices
Les nanoparticules (NPs) présentent des caractéristiques matérielles uniques, qui peuvent différer considérablement de celles du matériau massif. Les nanomatériaux existent sous de nombreuses formes. Ils peuvent présenter un rapport d’aspect extrêmement élevé de 1:1 000 000 (p. ex. les nanotubes) ou une forme parfaitement sphérique. Outre les tubes et les sphères, les nanoparticules peuvent prendre la forme de bâtonnets, de fils, de trichites, de nanofleurs, de fibres, de paillettes et de points.
La taille et la forme des nanoparticules jouent un rôle important dans leurs propriétés, telles que la résistance à la traction, la flexibilité et les propriétés thermomécaniques, conductrices, diélectriques, magnétiques et optiques. Pour conférer ces fonctionnalités aux composites, les NPs doivent être dispersées et mélangées uniformément dans la matrice. Pour obtenir une dispersion d’une telle qualité, la sonication est la technique de dispersion privilégiée.
Les nanoparticules électriquement conductrices sont largement utilisées pour conférer aux encres et aux revêtements la capacité de conduire l’électricité. Le nanoargent (nano-Ag) est l’une des nanocharges les plus utilisées dans les encres conductrices. Les encres conductrices à base d’argent peuvent être formulées sous forme d’encres à base d’eau et imprimables par sérigraphie, souples et résistantes au pliage.
Encres conductrices
Les encres conductrices sont des polymères conducteurs (polyaniline, polythiophène ou polypyrroles, etc.), qui peuvent être déposés par impression à jet d’encre, enduction centrifuge, etc. Les encres électroconductrices courantes peuvent être classées en trois catégories selon leurs composants conducteurs, qui peuvent être des métaux nobles, des polymères conducteurs ou des nanomatériaux carbonés. Les encres conductrices ont un large éventail d’applications et sont utilisées dans la fabrication de dispositifs électroniques, d’emballages (PET et films plastiques), de capteurs, d’antennes, d’étiquettes RFID, d’écrans tactiles, d’écrans OLED, d’éléments chauffants imprimés et de nombreux autres produits.
Le PEDOT:PSS [poly(3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrènesulfonate)] est l’un des polymères conducteurs les plus utilisés ; il présente, outre sa conductivité élevée, un aspect transparent. L’ajout d’un réseau de nanotubes de carbone, de nanofils d’argent et/ou de graphène peut améliorer considérablement la conductivité du PEDOT:PSS. Des encres et des formulations à base de PEDOT:PSS modifié sont disponibles pour différents procédés de revêtement et d’impression. Les encres PEDOT:PSS à base d’eau sont principalement utilisées pour l’enduction à filière plate, la flexographie, l’héliogravure et l’impression à jet d’encre.
Encres diélectriques
Les encres et les revêtements diélectriques ne conduisent pas l’électricité et sont utilisés en sérigraphie sur les cartes de circuits électroniques afin de créer une couche isolante destinée à protéger et à améliorer les matériaux conducteurs.
Les nanoparticules diélectriques sont utilisées pour conférer aux encres, aux pâtes et aux revêtements une capacité isolante.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle.