Nanovodljiva ljepila za elektroniku visokih performansi
Ultrazvučni raspršivači koriste se kao pouzdana tehnika miješanja i mljevenja u proizvodnji visokoučinkovitih ljepila za visokoučinkovitu elektroniku i nanoelektroniku. U proizvodnji elektronike visokih performansi, ljepila poput nanovodljivih ljepila su vrlo tražena. Takva ljepila visokih performansi koriste se npr. kao alternativni spojevi i mogu zamijeniti kositreno/olovno lemljenje.
Ljepila visokih performansi za elektroniku visokih performansi
Za proizvodnju elektronike visokih performansi potrebna su ljepila s visokom prionjivošću na metal i toplinskom vodljivošću za odvajanje topline i izolaciju. Nanočestice kao što su srebro, nikal, grafen, grafen oksid i ugljikove nanocijevi (CNT) često se ugrađuju u epoksidne smole i polimere kako bi se postigla željena funkcionalna svojstva kao što su električna vodljivost ili izolacija, toplinska vodljivost, vlačna čvrstoća, Youngov modul i fleksibilnost . Ljepila visoke učinkovitosti razvijena za elektroniku visoke učinkovitosti koriste metalna punila (kao što su nanočestice srebra, zlata, nikla ili bakra) za pružanje električne vodljivosti. Kako bi se otključala izvanredna svojstva ovih materijala, njihova se veličina mora smanjiti na nanomjeru. Budući da je smanjenje veličine i disperzija nanočestica izazovan zadatak, moćna tehnologija mljevenja i disperzije ključna je za uspješne formulacije ljepila.
- Električno vodljiva ljepila (ECA)
- – Izotropno vodljiva ljepila (ICA)
- – Anizotropna vodljiva ljepila (ACA)
- Neprovodljiva / električki izolacijska ljepila
Industrijska instalacija ultrazvučnih raspršivača (2x UIP1000hdT) za obradu nanočestica i nanocijevi u kontinuiranom in-line modu.
Ultrazvučno raspršivanje nudi razne prednosti u usporedbi s tradicionalnim tehnikama miješanja i mljevenja. Zbog svoje pouzdanosti i učinkovitosti, sonikacija je uspostavljena u obradi nanomaterijala i može se naći u bilo kojoj industriji u kojoj se nanočestice sintetiziraju i/ili ugrađuju u tekućine. Ultrazvučna obrada je stoga idealna tehnika za proizvodnju nano-vodljivih ljepila koja sadrže nano-punila kao što su nanočestice, nanožice ili ugljikove nanocijevi i monoslojevi grafena (nanoslojevi).
ECA-i: Istaknuti primjer je formulacija električno vodljivih ljepila (ECA), koji su kompoziti izrađeni od polimerne matrice i električno vodljivih punila. Kako bi se formuliralo ljepilo visokih performansi za elektronske primjene, polimerna smola (npr. epoksi, silikon, poliimid) mora pružiti fizičke i mehaničke funkcije kao što su prianjanje, mehanička čvrstoća, čvrstoća na udar, dok metalno punilo (npr. nano -srebro, nano-zlato, nano-nikal ili nano-bakar) stvara vrhunsku električnu vodljivost. Za ljepila s izolacijskim svojstvima, punila na bazi minerala ugrađena su u ljepljivi kompozit.
Prije i poslije sonikacije: Zelena krivulja pokazuje veličinu čestica prije sonikacije, crvena krivulja je distribucija veličine čestica ultrazvučno raspršenog silicija.
Ultrazvučna disperzija nanomaterijala u viskozna ljepila
Ultrazvučni homogenizatori su vrlo učinkoviti kada se aglomerati čestica, agregati, pa čak i primarne čestice moraju pouzdano smanjiti u veličini. Prednost ultrazvučnih miješalica je njihova sposobnost mljevenja čestica do manjih i ujednačenijih veličina čestica, bez obzira na to jesu li mikronske ili nanočestice ciljane kao rezultat procesa. Dok druge tehnologije kao što su mješalice s oštricama ili rotor-stator, visokotlačni homogenizatori, mlinovi s kuglicama itd. pokazuju nedostatke kao što su nemogućnost proizvodnje jednako malih nanočestica, kontaminacija medijima za mljevenje, začepljene mlaznice i velika potrošnja energije, ultrazvučni raspršivači koriste princip rada akustične kavitacije. Kavitacija generirana ultrazvukom pokazala se kao vrlo učinkovita, energetski učinkovita i sposobna raspršiti čak i visoko viskozne materijale kao što su paste s nanočesticama.
PLGA nanočestice. (A): Raspodjela veličine čestica pripremljenih pri koncentraciji polimera/snagi sonikacije od 2%/32W, 5%/32W i 2%/25W%; vrijeme zadržavanja = 14 s. (B), (C): SEM slike čestica pripremljenih iz 2 odnosno 5% otopina polimera. Vrijeme boravka = 14 s; snaga sonikacije = 32W. Poluge predstavljaju 1 mikron.
(Studija i slike: © Freitas et al., 2006.)
Kako radi ultrazvučno raspršivanje?
Kavitacijske sile smicanja i struje tekućine ubrzavaju čestice tako da se one sudaraju jedna s drugom. Ovo je poznato kao međučestični sudar. Same čestice djeluju kao medij za mljevenje, čime se izbjegava onečišćenje mljevenjem kuglica i kasnijim postupkom odvajanja, koji je neophodan kada se koriste konvencionalni kuglični mlinovi. Budući da se čestice razbijaju međučestičnim sudarom pri vrlo velikim brzinama do 280 m/s, na čestice djeluju iznimno velike sile, koje se stoga raspadaju u sitne frakcije. Trenje i erozija daju tim fragmentima čestica uglačanu površinu i jednoličan oblik. Kombinacija sila smicanja i međučestičnog sudara daje ultrazvučnoj homogenizaciji i disperziji prednost koja daje vrlo homogene koloidne suspenzije i disperzije!
Još jedna prednost velikih smičnih sila koje stvara ultrazvuk je učinak stanjivanja smicanja. Na primjer, ultrazvučno pripremljene epoksidne smole ispunjene oksidiranim CNT-om pokazuju ponašanje razrjeđivanja smicanjem. Budući da razrjeđivanje smicanjem privremeno smanjuje viskoznost tekućine, olakšava se obrada viskoznih kompozita.
Slijed velike brzine (od a do f) okvira koji ilustrira sono-mehaničko ljuštenje grafitne ljuskice u vodi pomoću UP200S, ultrazvučnog uređaja od 200 W sa sonotrodom od 3 mm. Strelice pokazuju mjesto rascjepa (eksfolijacije) s kavitacijskim mjehurićima koji prodiru kroz rascjep.
(Studija i slike:© Tyurnina et al. 2020.)
UIP1000hdT – Ultrazvučna stolna postavka za pripremu nanokompozita, npr. za ljepila visoke učinkovitosti.
- učinkovita nano-obrada: učinkovita & ušteda vremena
- prilagodljiv specifičnim formulacijama proizvoda
- jednolika obrada
- precizno kontroliranim procesnim uvjetima
- ponovljivi rezultati
- isplativost
- siguran rad
- jednostavna instalacija, malo održavanja
- linearno povećanje na bilo koji volumen
- ekološki prihvatljivo
Usporedba različitih nanopunila dispergiranih u učvršćivaču (ultrazvučna obrada — SAD): (a) 0,5 tež.% ugljičnih nanovlakana (CNF); (b) 0,5 tež.% CNToxi; (c) 0,5 tež.% ugljikove nanocijevi (CNT); (d) 0,5 tež.% CNT poludispergirano.
(Studija i slika: © Zanghellini et al., 2021.)
Ultrazvučni uređaji velike snage za formuliranje ljepila visoke učinkovitosti
Hielscher Ultrasonics je stručnjak kada je u pitanju ultrazvučna oprema visokih performansi za obradu tekućina i kaše. Ultrazvučni raspršivači omogućuju obradu visoko viskoznih materijala kao što su visokopunjene smole i osiguravaju jednoliku distribuciju nanomaterijala unutar kompozita.
Precizna kontrola ultrazvučnih parametara procesa kao što su amplituda, unos energije, temperatura, tlak i vrijeme omogućuju prilagođavanje ljepila u nanometarskom rasponu.
Bilo da vaša formulacija zahtijeva disperziju organskih ili anorganskih nano-punila kao što su nanocijevi, celulozni nano-kristali (CNC), nanovlakna ili nano-metali, Hielscher Ultrasonics ima idealnu ultrazvučnu postavku za vašu formulaciju ljepila.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i sposobni su deaglomerirati i raspršiti nanomaterijale čak i pri vrlo visokim viskoznostima. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7.
Hielscher ultrasonicators su prepoznati po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.