דבקים ננו-מוליכים לאלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים

מפזרים קוליים משמשים כטכניקת ערבוב וכרסום אמינה בייצור דבקים בעלי ביצועים גבוהים עבור אלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים וננו-אלקטרוניקה. בייצור של אלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים, דבקים כגון דבקים ננו-מוליכים מבוקשים מאוד. דבקים בעלי ביצועים גבוהים כאלה משמשים, למשל, כחיבורים חלופיים ויכולים להחליף הלחמת בדיל/עופרת.

דבקים בעלי ביצועים גבוהים עבור אלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים

לייצור אלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים, דבקים עם דבק מתכת גבוה ומוליכות חום עבור ניתוק חום ובידוד נדרשים. ננו-חלקיקים כגון כסף, ניקל, גרפן, תחמוצת גרפן וננו-צינוריות פחמן (CNTs) משולבים לעתים קרובות בשרפים אפוקסיים ובפולימרים כדי להשיג את התכונות הפונקציונליות הרצויות כגון מוליכות חשמלית או בידוד, מוליכות חום, חוזק מתיחה, מודולוס וגמישות של יאנג. דבקים בעלי ביצועים גבוהים שפותחו עבור ננו-חלקיקי מתכת לשימוש אלקטרוני בעל ביצועים גבוהים (כגון ננו-חלקיקי כסף, זהב, ניקל או נחושת) כדי לספק מוליכות חשמלית. על מנת לפתוח תכונות יוצאות דופן של חומרים אלה, יש להקטין את גודלם לקנה מידה ננומטרי. מכיוון שהקטנת גודל ופיזור של ננו-חלקיקים היא משימה מאתגרת, טכנולוגיית כרסום ופיזור עוצמתית היא המפתח לפורמולציות דבק מוצלחות.

פיזור אולטראסוני מציע יתרונות שונים בהשוואה לטכניקות ערבוב וכרסום מסורתיות. בשל אמינותה ויעילותה, סוניקציה הוקמה בעיבוד ננו-חומרים וניתן למצוא אותה בכל תעשייה שבה ננו-חלקיקים מסונתזים ו/או משולבים בנוזלים. אולטראסוניקציה היא אפוא הטכניקה האידיאלית לייצור דבקים ננו-מוליכים המכילים ננו-חומרי מילוי כגון ננו-חלקיקים, ננו-חוטים, או ננו-צינוריות פחמן ומונו-שכבות גרפן (ננו-יריעות).
ECAs: דוגמה בולטת היא ניסוח של דבקים מוליכים חשמלית (ECAs), שהם חומרים מרוכבים העשויים מטריצה פולימרית וחומרי מילוי מוליכים חשמלית. על מנת לגבש דבק בעל ביצועים גבוהים עבור יישומים אלקטרוניים, שרף פולימרי (למשל, אפוקסי, סיליקון, פולימיד) חייב לספק פונקציות פיזיקליות ומכניות כגון הידבקות, חוזק מכני, חוזק השפעה, בעוד שמילוי המתכת (למשל, ננו-כסף, ננו-זהב, ננו-ניקל או ננו-נחושת) יוצר מוליכות חשמלית מעולה. עבור דבקים בעלי תכונות בידוד, חומרי מילוי על בסיס מינרלי משולבים בדבק המרוכב.

לפני ואחרי sonication: העקומה הירוקה מראה את גודל החלקיקים לפני sonication, עקומת אדום היא התפלגות גודל החלקיקים של סיליקה מפוזר באולטרסאונד.

פיזור קולי של ננו-חומרים לדבקים צמיגים

הומוגנייזרים אולטראסוניים יעילים מאוד כאשר חלקיקים מצטברים, אגרגטים ואפילו חלקיקים ראשוניים חייבים להיות מופחתים באופן אמין בגודלם. היתרון של מערבלים על-קוליים הוא היכולת שלהם לטחון חלקיקים לגדלים קטנים ואחידים יותר של חלקיקים, בין אם מיקרונים או ננו-חלקיקים ממוקדים כתוצאה מתהליך. בעוד שטכנולוגיות אחרות כגון מערבלי להב או רוטור-סטטור, הומוגנייזרים בלחץ גבוה, טחנות חרוזים וכו 'מראות חסרונות כגון חוסר יכולת לייצר ננו-חלקיקים קטנים באופן אחיד, זיהום על ידי מדיה כרסום, חרירים סתומים וצריכת אנרגיה גבוהה, מפזרים קוליים משתמשים בעקרון העבודה של קוויטציה אקוסטית. קוויטציה שנוצרה על ידי אולטרסאונד הוכחה כיעילה ביותר, חסכונית באנרגיה ומסוגלת לפזר אפילו חומרים צמיגים מאוד כגון משחות טעונות ננו-חלקיקים.

כיצד פועלת פיזור קולי?

כוחות גזירה קביטציוניים וזרמים נוזליים מאיצים חלקיקים כך שהם מתנגשים זה בזה. תופעה זו ידועה בשם התנגשות בין חלקיקים. החלקיקים עצמם פועלים כמדיום כרסום, אשר נמנע זיהום על ידי שחיקה חרוזים ואת תהליך ההפרדה הבאים, אשר הכרחי כאשר טחנות חרוז קונבנציונאלי משמשים. מכיוון שהחלקיקים מתנפצים על ידי התנגשות בין חלקיקים במהירויות גבוהות מאוד של עד 280 מטר לשנייה, כוחות גבוהים במיוחד חלים על החלקיקים, ולכן נשברים לשברים זעירים. החיכוך והסחף מעניקים לאותם שברי חלקיקים משטח מלוטש וצורה אחידה. השילוב של כוחות גזירה והתנגשות בין חלקיקים מעניקים להומוגניזציה ופיזור קוליים את היתרון המספק מתלים קוליים ופיזור הומוגניים ביותר!
יתרון נוסף של כוחות גזירה גבוהים הנוצרים על ידי אולטרסאונד הוא ההשפעה של דילול גזירה. לדוגמה, שרפים אפוקסיים מוכנים באופן אולטרא-סוני מלאים ב-CNT מחומצן מראים התנהגות של דילול גזירה. ככל שדילול הגזירה מוריד את צמיגות הנוזל באופן זמני, העיבוד של חומרים מרוכבים צמיגים מתאפשר.

רצף במהירות גבוהה (מ-a ל-f) של מסגרות הממחישות פילינג סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200S, אולטראסוקטור בהספק של 200 ואט עם סונוטרודה בקוטר 3 מ"מ. חצים מראים את מקום הפיצול (פילינג) עם בועות קוויטציה החודרות לפיצול.
(מחקר ותמונות: © Tyurnina et al. 2020)

השוואה בין ננו-מילויים שונים המפוזרים בהקשחה (אולטרסאונד – ארה"ב): (א) 0.5 wt% ננו-סיבי פחמן (CNF); (ב) 0.5 wt% CNToxi; (ג) 0.5 wt% ננו-צינורית פחמן (CNT); (ד) 0.5 wt% CNT מפוזר למחצה.
(מחקר ותמונה: © Zanghellini et al., 2021)

אולטראסוניקאטורים בעלי הספק גבוה לגיבוש דבקים בעלי ביצועים גבוהים

Hielscher אולטרסוניקה הוא מומחה כשמדובר בביצועים גבוהים ציוד קולי עבור עיבוד נוזלי slurry. מפזרים קוליים מאפשרים לעבד חומרים צמיגים מאוד כגון שרפים מלאים מאוד ולהבטיח את ההפצה האחידה של ננו-חומרים בתוך מרוכבים.
השליטה המדויקת בפרמטרים של תהליכים על-קוליים כגון משרעת, קלט אנרגיה, טמפרטורה, לחץ וזמן מאפשרים התאמת דבקים בתחום הננומטר.
אם הניסוח שלך דורש פיזור של ננו-מילויים אורגניים או אנאורגניים כגון ננו-צינוריות, ננו-גבישים של תאית (CNCs), ננו-סיבים או ננו-מתכות, Hielscher אולטרסוניקה יש את ההגדרה הקולית האידיאלית לניסוח הדבק שלך.
Hielscher אולטרסוניקה’ מעבדים אולטראסוניים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד ומסוגלים לפזר ננו-חומרים גם בצמיגות גבוהה מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתן להפעיל בקלות ברציפות בפעולה 24/7.
Hielscher אולטרסוניקאטורים מוכרים על איכותם, אמינותם וחוסנם. Hielscher אולטרסוניקה היא חברה מוסמכת ISO ולשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים הכוללים טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher אולטרסוניקאטורים הם תואמי CE ועומדים בדרישות של UL, CSA ו- RoHs.
הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: