דבקים ננו-מוליכים לאלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים

מפיצים קוליים משמשים כטכניקת ערבוב וכרסום אמינה בייצור דבקים בעלי ביצועים גבוהים עבור אלקטרוניקה וננו-אלקטרוניקה בעלי ביצועים גבוהים. 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 פח/עופרת.

דבקים בעלי ביצועים גבוהים לאלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים

לייצור אלקטרוניקה בעלת ביצועים גבוהים, נדרשים דבקים עם דבק מתכת גבוה ומוליכות חום לניתוק חום ובידוד. ננו-חלקיקים כגון כסף, ניקל, גרפן, תחמוצת גרפן וננו-צינוריות פחמן (CNT) משולבים לעתים קרובות בשרפים אפוקסיים ופולימרים 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 חומרי מילוי מתכת לשימוש אלקטרוני בעלי ביצועים גבוהים (כגון ננו-חלקיקי כסף, זהב, ניקל או נחושת) כדי לספק מוליכות חשמלית. על מנת לפתוח תכונות יוצאות דופן של חומרים אלה, גודלם חייב להיות מופחת בקנה מידה ננומטרי. מכיוון שהפחתת גודל ופיזור של ננו-חלקיקים היא משימה מאתגרת, טכנולוגיית כרסום ופיזור רבת עוצמה היא המפתח לניסוחי דבק מוצלחים.

פיזור קולי מציע יתרונות שונים בהשוואה לטכניקות ערבוב וכרסום מסורתיות. בשל אמינותו ויעילותו, סוניקציה התבססה בעיבוד ננו-חומרים וניתן למצוא אותה בכל תעשייה בה ננו-חלקיקים מסונתזים ו / או משולבים בנוזלים. לכן, אולטרה-סוניקציה היא 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 לכך היא ניסוח דבקים מוליכים חשמלית (ECAs), שהם חומרים מרוכבים העשויים מטריצה פולימרית וחומרי מילוי מוליכים חשמלית. על מנת ליצור דבק בעל ביצועים גבוהים עבור יישומים אלקטרוניים, שרף פולימרי (למשל, אפוקסי, סיליקון, פולימיד) חייב לספק פונקציות פיזיות ומכניות כגון הדבקה, חוזק מכני, חוזק פגיעה, בעוד מילוי מתכת (למשל, ננו-כסף, ננו-זהב, ננו-ניקל או ננו-נחושת) יוצר מוליכות חשמלית מעולה. עבור דבקים בעלי תכונות בידוד, חומרי מילוי על בסיס מינרלים משולבים בתרכובת הדבק.

לפני ואחרי סוניקציה: העקומה הירוקה מראה את גודל החלקיקים לפני סוניקציה, העקומה האדומה היא התפלגות גודל החלקיקים של סיליקה מפוזרת באולטרה-סאונד.

פיזור על-קולי של ננו-חומרים לדבקים צמיגים

הומוגנייזרים קוליים יעילים מאוד כאשר חלקיקים מצטברים, אגרגטים ואפילו חלקיקים ראשוניים חייבים להיות מופחתים באופן אמין בגודל. היתרון של מערבלים על-קוליים הוא היכולת שלהם לטחון חלקיקים לגדלים קטנים ואחידים יותר של חלקיקים, בין אם מיקרון או ננו-חלקיקים ממוקדים כתוצאה מהתהליך. 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 אמצעי כרסום, חרירים סתומים וצריכת אנרגיה גבוהה, מפיצים על-קוליים משתמשים בעקרון העבודה של קוויטציה אקוסטית. קוויטציה הנוצרת באולטרסאונד הוכחה כיעילה ביותר, חסכונית באנרגיה ומסוגלת לפזר אפילו חומרים צמיגים מאוד כגון משחות עמוסות ננו-חלקיקים.

כיצד פועל פיזור קולי?

כוחות גזירה קוויטציוניים וזרמים נוזליים מאיצים חלקיקים כך שהם מתנגשים זה בזה. זה ידוע בשם התנגשות בין חלקיקים. החלקיקים עצמם פועלים כמדיום כרסום, אשר מונע זיהום על ידי טחינת חרוזים ותהליך ההפרדה שלאחר מכן, אשר הכרחי כאשר טחנות חרוזים קונבנציונאלי משמשים. מכיוון שהחלקיק מתנפץ על ידי התנגשות בין חלקיקים במהירויות גבוהות מאוד של עד 280 מטר לשנייה, כוחות גבוהים במיוחד מופעלים על החלקיקים, ולכן נשברים לשברים זעירים. החיכוך והשחיקה מעניקים לשברי חלקיקים אלה משטח מלוטש וצורה אחידה. השילוב של כוחות גזירה והתנגשות בין חלקיקים מעניק להומוגניזציה ופיזור על-קוליים את היתרון המספק מתלים ופיזורים קולואידים הומוגניים ביותר!
יתרון נוסף של כוחות גזירה גבוהים הנוצרים על ידי אולטרסאונד הוא ההשפעה של דילול גזירה. לדוגמה, שרפי אפוקסי שהוכנו באולטרסאונד ומלאים ב-CNT מחומצן מראים התנהגות של דילול גזירה. כמו דילול גזירה מוריד את צמיגות הנוזל באופן זמני, עיבוד של מרוכבים צמיגים הוא הקל.

רצף מהיר (מ-a עד f) של פריימים הממחישים קילוף סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200S, אולטרסאונד 200W עם סונוטרודה 3 מ"מ. חצים מראים את מקום הפיצול (פילינג) עם בועות קוויטציה החודרות לפיצול.
(מחקר ותמונות: © Tyurnina et al. 2020)

השוואה בין ננו-חומרי מילוי שונים המפוזרים ב-hardener (אולטרסוניקציה – ארה"ב): (a) ננו-סיבי פחמן 0.5 wt% (CNF); (ב) 0.5 wt% CNToxi; (ג) ננו-צינורית פחמן 0.5 wt% (CNT); (d) 0.5 wt% CNT מפוזר למחצה.
(מחקר ותמונה: © Zanghellini et al., 2021)

אולטרה-סאונד בהספק גבוה לניסוח דבקים בעלי ביצועים גבוהים

Hielscher Ultrasonics הוא מומחה כשמדובר ציוד קולי ביצועים גבוהים עבור עיבוד נוזלים slurry. מפיצים על-קוליים מאפשרים לעבד חומרים צמיגים מאוד כגון שרפים בעלי מילוי גבוה ולהבטיח פיזור אחיד של ננו-חומרים מרוכבים.
הבקרה המדויקת על פרמטרים של תהליך על-קולי כגון משרעת, קלט אנרגיה, טמפרטורה, לחץ וזמן מאפשרת התאמת דבקים בתחום הננומטרי.
אם הניסוח שלך דורש פיזור של ננו-חומרי מילוי אורגניים או אנאורגניים כגון ננו-צינורות, ננו-גבישים של תאית (CNC), ננו-סיבים או ננו-מתכות, Hielscher Ultrasonics כולל את ההתקנה העל-קולית האידיאלית לניסוח הדבק שלך.
Hielscher Ultrasonics’ מעבדים על-קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד ומסוגלים לפרק ולפזר ננו-חומרים אפילו בצמיגות גבוהה מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7.
Hielscher ultrasonicators מוכרים על איכותם, אמינותם וחוסנם. Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: