उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नैनो-चालक आसंजक
उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स और नैनो-इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले आसंजकों के उत्पादन में अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सरों का उपयोग मिश्रण और पिसाई की विश्वसनीय तकनीक के रूप में किया जाता है। उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन में नैनो-चालक आसंजकों जैसे आसंजकों की बहुत माँग है। ऐसे उच्च-प्रदर्शन वाले आसंजकों का उपयोग, उदाहरण के लिए, वैकल्पिक अंतर्संयोजनों के रूप में किया जाता है और ये टिन/सीसा सोल्डर की जगह ले सकते हैं।
उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले आसंजक
उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन के लिए ऐसे आसंजकों की आवश्यकता होती है जिनमें धातु से चिपकने की उच्च क्षमता हो और ऊष्मीय वियुग्मन तथा इन्सुलेशन के लिए ऊष्मीय चालकता हो। विद्युत चालकता या इन्सुलेशन, ऊष्मीय चालकता, तनन सामर्थ्य, यंग मापांक और लचीलेपन जैसे वांछित कार्यात्मक गुण प्राप्त करने के लिए चाँदी, निकेल, ग्राफीन, ग्राफीन ऑक्साइड और कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) जैसे नैनोकणों को अक्सर एपॉक्सी रेज़िन और पॉलिमरों में मिलाया जाता है। उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए विकसित उच्च-प्रदर्शन वाले आसंजकों में विद्युत चालकता प्रदान करने के लिए धातु भरावों (जैसे चाँदी, सोने, निकेल या ताँबे के नैनोकणों) का उपयोग किया जाता है। इन सामग्रियों के असाधारण गुणों को प्रकट करने के लिए उनका आकार नैनो-पैमाने तक घटाना आवश्यक है। चूँकि नैनोकणों का आकार घटाना और उनका परिक्षेपण करना एक चुनौतीपूर्ण कार्य है, इसलिए सफल आसंजक फ़ॉर्मूलेशनों के लिए शक्तिशाली पिसाई और परिक्षेपण तकनीक अत्यंत महत्वपूर्ण है।
- विद्युत-चालक आसंजक (ECA)
- – समदैशिक चालक आसंजक (ICA)
- – विषमदैशिक चालक आसंजक (ACA)
- गैर-चालक / विद्युतरोधी आसंजक
नैनोकणों और नैनोट्यूबों के निरंतर इन-लाइन मोड में प्रसंस्करण के लिए अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सरों (2x UIP1000hdT) की औद्योगिक स्थापना।
पारंपरिक मिश्रण और पिसाई तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण के विभिन्न लाभ हैं। अपनी विश्वसनीयता और प्रभावशीलता के कारण सोनिकेशन नैनोसामग्री के प्रसंस्करण में एक स्थापित तकनीक बन गया है और इसका उपयोग हर उस उद्योग में होता है जहाँ नैनोकणों का संश्लेषण किया जाता है और/या उन्हें द्रवों में मिलाया जाता है। इसलिए अल्ट्रासोनिकेशन ऐसे नैनो-चालक आसंजकों के उत्पादन के लिए आदर्श तकनीक है जिनमें नैनोकण, नैनोतार या कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन की एकल परतों (नैनोशीटों) जैसे नैनो-भराव होते हैं।
ECAs: इसका एक प्रमुख उदाहरण विद्युत-चालक आसंजकों (ECAs) का फ़ॉर्मूलेशन है, जो पॉलिमरिक मैट्रिक्स और विद्युत-चालक भरावों से बने कंपोज़िट होते हैं। इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च-प्रदर्शन वाला आसंजक तैयार करने हेतु पॉलिमरिक रेज़िन (जैसे एपॉक्सी, सिलिकॉन, पॉलीइमाइड) को आसंजन, यांत्रिक सामर्थ्य और आघात सामर्थ्य जैसी भौतिक और यांत्रिक कार्यात्मक विशेषताएँ प्रदान करनी चाहिए, जबकि धातु भराव (जैसे नैनो-सिल्वर, नैनो-गोल्ड, नैनो-निकेल या नैनो-कॉपर) उत्कृष्ट विद्युत चालकता उत्पन्न करता है। इन्सुलेटिंग गुणों वाले आसंजकों के लिए आसंजक कंपोज़िट में खनिज-आधारित भराव मिलाए जाते हैं।
सोनिकेशन से पहले और बाद में: हरा वक्र सोनिकेशन से पहले कणों का आकार दिखाता है, जबकि लाल वक्र अल्ट्रासोनिक रूप से परिक्षेपित सिलिका के कण आकार वितरण को दर्शाता है।
श्यान आसंजकों में नैनोसामग्रियों का अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण
जब कणों के एग्लोमरेटों, एग्रीगेटों और यहाँ तक कि प्राथमिक कणों का आकार भी विश्वसनीय रूप से घटाना आवश्यक हो, तब अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बहुत प्रभावी होते हैं। अल्ट्रासोनिक मिक्सरों का लाभ कणों को पीसकर छोटे और अधिक एकसमान आकार के कणों में बदलने की उनकी क्षमता है, चाहे प्रक्रिया के परिणाम के रूप में माइक्रोन-आकार के कण लक्षित हों या नैनोकण। ब्लेड या रोटर-स्टेटर मिक्सर, उच्च-दाब होमोजेनाइज़र, बीड मिल आदि जैसी अन्य तकनीकों में एकसमान छोटे नैनोकण न बना पाना, पिसाई माध्यम से संदूषण, नोज़लों का अवरुद्ध होना और अधिक ऊर्जा खपत जैसी कमियाँ होती हैं, जबकि अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर ध्वनिक कैविटेशन के कार्य सिद्धांत का उपयोग करते हैं। अल्ट्रासाउंड से उत्पन्न कैविटेशन को अत्यधिक प्रभावी, ऊर्जा-कुशल और नैनोकणों से युक्त पेस्ट जैसी अत्यधिक श्यान सामग्रियों को भी परिक्षेपित करने में सक्षम पाया गया है।
PLGA नैनोकण। (A): 2%/ 32W, 5%/ 32W और 2%/ 25W% की पॉलिमर सांद्रता/ सोनिकेशन शक्ति पर तैयार कणों का आकार वितरण; निवास समय = 14 s। (B),(C): क्रमशः 2 और 5% पॉलिमर विलयनों से तैयार कणों के SEM चित्र। निवास समय = 14s; सोनिकेशन शक्ति = 32W। स्केल बार 1 माइक्रोन दर्शाते हैं।
(अध्ययन और चित्र: © Freitas et al., 2006)
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण कैसे काम करता है?
कैविटेशन से उत्पन्न अपरूपण बल और द्रव धाराएँ कणों को त्वरित करती हैं, जिससे वे एक-दूसरे से टकराते हैं। इसे अंतरकणीय टक्कर कहा जाता है। कण स्वयं पिसाई माध्यम के रूप में कार्य करते हैं, जिससे पिसाई बीडों के कारण होने वाला संदूषण और उसके बाद की पृथक्करण प्रक्रिया से बचा जा सकता है, जो पारंपरिक बीड मिलों के उपयोग में आवश्यक होती है। चूँकि 280m/sec तक की अत्यधिक गति पर अंतरकणीय टक्करों से कण टूटते हैं, इसलिए उन पर असाधारण रूप से उच्च बल लगते हैं, जिसके कारण वे अत्यंत छोटे टुकड़ों में टूट जाते हैं। घर्षण और अपरदन इन कण-खंडों को चिकनी सतह और एकसमान आकृति देते हैं। अपरूपण बलों और अंतरकणीय टक्करों का संयोजन अल्ट्रासोनिक समांगीकरण और परिक्षेपण को विशेष बढ़त देता है, जिससे अत्यधिक समांगी कोलॉइडी निलंबन और परिक्षेपण प्राप्त होते हैं!
अल्ट्रासोनिक्स से उत्पन्न उच्च अपरूपण बलों का एक और लाभ अपरूपण से श्यानता घटने का प्रभाव है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीकृत CNTs से भरे, अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार एपॉक्सी रेज़िन में अपरूपण से श्यानता घटने का व्यवहार दिखाई देता है। चूँकि यह प्रभाव द्रव की श्यानता को अस्थायी रूप से कम करता है, इसलिए श्यान कंपोज़िटों का प्रसंस्करण आसान हो जाता है।
फ़्रेमों का एक उच्च-गति अनुक्रम (a से f तक), जो 3-mm सोनोट्रोड वाले 200W अल्ट्रासोनिकेटर UP200S का उपयोग करके पानी में ग्रेफाइट के एक पत्रक के ध्वनिक-यांत्रिक परत-पृथक्करण को दर्शाता है। तीर विभाजन (परत-पृथक्करण) के स्थान को दिखाते हैं, जहाँ कैविटेशन के बुलबुले दरार में प्रवेश कर रहे हैं।
(अध्ययन और चित्र:© Tyurnina et al. 2020)
UIP1000hdT – नैनोकंपोज़िट तैयार करने के लिए अल्ट्रासोनिक बेंचटॉप व्यवस्था, उदाहरण के लिए, उच्च-प्रदर्शन वाले आसंजकों के लिए।
- प्रभावी नैनो-प्रसंस्करण: कुशल और समय बचाने वाला
- विशिष्ट उत्पाद फ़ॉर्मूलेशनों के अनुसार अनुकूलनीय
- एकसमान प्रसंस्करण
- सटीक रूप से नियंत्रित की जा सकने वाली प्रक्रिया स्थितियाँ
- पुनरुत्पादनीय परिणाम
- लागत-कुशलता
- सुरक्षित संचालन
- सरल स्थापना, कम रखरखाव
- किसी भी आयतन तक रैखिक स्केल-अप
- पर्यावरण के अनुकूल
हार्डनर में परिक्षेपित विभिन्न नैनो-भरावों की तुलना (अल्ट्रासोनिकेशन–US): (a) 0.5 wt% कार्बन नैनोफाइबर (CNF); (b) 0.5 wt% CNToxi; (c) 0.5 wt% कार्बन नैनोट्यूब (CNT); (d) 0.5 wt% आंशिक रूप से परिक्षेपित CNT।
(अध्ययन और चित्र: © Zanghellini et al., 2021)
उच्च-प्रदर्शन वाले आसंजकों के फ़ॉर्मूलेशन के लिए उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिकेटर
द्रव और स्लरी प्रसंस्करण के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों के क्षेत्र में Hielscher Ultrasonics विशेषज्ञ है। अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर अधिक मात्रा में भराव युक्त रेज़िन जैसी अत्यधिक श्यान सामग्रियों का प्रसंस्करण संभव बनाते हैं और कंपोज़िटों के भीतर नैनोसामग्रियों का एकसमान वितरण सुनिश्चित करते हैं।
आयाम, ऊर्जा निवेश, तापमान, दाब और समय जैसे अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण नैनोमीटर परास में आसंजकों को आवश्यकतानुसार तैयार करना संभव बनाता है।
चाहे आपके फ़ॉर्मूलेशन में नैनोट्यूब, सेल्युलोज़ नैनोक्रिस्टल (CNCs), नैनोफाइबर या नैनो-धातुओं जैसे कार्बनिक या अकार्बनिक नैनो-भरावों के परिक्षेपण की आवश्यकता हो, Hielscher Ultrasonics के पास आपके आसंजक फ़ॉर्मूलेशन के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक व्यवस्था है।
Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं और अत्यधिक श्यानता पर भी नैनोसामग्रियों के एग्लोमरेटों को तोड़कर उन्हें परिक्षेपित करने में सक्षम हैं। 24/7 संचालन में 200µm तक के आयामों पर आसानी से निरंतर काम किया जा सकता है।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी गुणवत्ता, विश्वसनीयता और मजबूती के लिए जाने जाते हैं। Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोग में सुगमता वाले उच्च-प्रदर्शन के अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ज़ोर देती है। निस्संदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | इससे अधिक | इन उपकरणों का समूह: UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
साहित्य / संदर्भ
- Zanghellini, B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Aradhana, Ruchi; Mohanty, Smita; Nayak, Sanjay (2019): High performance electrically conductive epoxy/reduced graphene oxide adhesives for electronics packaging applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 30(4), 2019.
- A. Montazeri, M. Chitsazzadeh (2014): Effect of sonication parameters on the mechanical properties of multi-walled carbon nanotube/epoxy composites. Materials & Design Vol. 56, 2014. 500-508.
Hielscher Ultrasonics उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है, जिनका आकार प्रयोगशाला स्तर से लेकर औद्योगिक स्तर तक होता है।