Nanovezető ragasztók nagy teljesítményű elektronikához

Az ultrahangos diszpergálókat megbízható keverési és őrlési technológiaként alkalmazzák a nagy teljesítményű elektronikához és nanoelektronikához használt nagy teljesítményű ragasztók gyártásában. A nagy teljesítményű elektronika gyártásában nagy a kereslet az olyan ragasztók iránt, mint a nanovezető ragasztók. Az ilyen nagy teljesítményű ragasztókat például alternatív összeköttetések kialakítására használják, és helyettesíthetik az ón/ólom forraszanyagot.

Nagy teljesítményű ragasztók nagy teljesítményű elektronikához

A nagy teljesítményű elektronika gyártásához a fémekhez kiválóan tapadó, a hőleválasztáshoz és szigeteléshez nagy hővezető képességet biztosító ragasztók szükségesek. Nanorészecskéket, például ezüstöt, nikkelt, grafént, grafén-oxidot és szénnanocsöveket (CNT-ket) gyakran építenek be epoxigyantákba és polimerekbe a kívánt funkcionális tulajdonságok, például az elektromos vezetőképesség vagy szigetelés, a hővezető képesség, a szakítószilárdság, a Young-modulus és a rugalmasság eléréséhez. A nagy teljesítményű elektronikához kifejlesztett nagy teljesítményű ragasztók fémtöltőanyagokat (például ezüst-, arany-, nikkel- vagy réznanorészecskéket) használnak az elektromos vezetőképesség biztosítására. Ezen anyagok rendkívüli tulajdonságainak kiaknázásához méretüket nanoméretűre kell csökkenteni. Mivel a nanorészecskék méretcsökkentése és diszpergálása kihívást jelentő feladat, a hatékony őrlési és diszpergálási technológia kulcsfontosságú a sikeres ragasztóformulációkhoz.

Az ultrahangos diszpergálás számos előnyt kínál a hagyományos keverési és őrlési technológiákhoz képest. Megbízhatóságának és hatékonyságának köszönhetően az ultrahangos kezelés bevett eljárássá vált a nanoanyagok feldolgozásában, és minden olyan iparágban megtalálható, ahol nanorészecskéket szintetizálnak és/vagy folyadékokba építenek be. Az ultrahangos kezelés ezért ideális technológia olyan nanovezető ragasztók gyártásához, amelyek nanotöltőanyagokat, például nanorészecskéket, nanoszálakat, illetve szénnanocsöveket és grafén-egyrétegeket (nanolemezeket) tartalmaznak.
ECA-k: Kiemelkedő példa az elektromosan vezető ragasztók (ECA-k) formulálása; ezek polimermátrixból és elektromosan vezető töltőanyagokból álló kompozitok. Az elektronikai alkalmazásokhoz szükséges nagy teljesítményű ragasztó formulálásakor a polimergyantának (például epoxi, szilikon, poliimid) olyan fizikai és mechanikai funkciókat kell biztosítania, mint a tapadás, a mechanikai szilárdság és az ütőszilárdság, míg a fémtöltőanyag (például nanoezüst, nanoarany, nanonikkel vagy nanoréz) kiemelkedő elektromos vezetőképességet hoz létre. Szigetelő tulajdonságú ragasztók esetén ásványi alapú töltőanyagokat építenek be a ragasztókompozitba.

Ultrahangos kezelés előtt és után: a zöld görbe az ultrahangos kezelés előtti részecskeméretet mutatja, a piros görbe pedig az ultrahanggal diszpergált szilícium-dioxid részecskeméret-eloszlását.

Nanoanyagok ultrahangos diszpergálása viszkózus ragasztókba

Az ultrahangos homogenizátorok rendkívül hatékonyak, ha a részecskeagglomerátumok, aggregátumok, sőt az elsődleges részecskék méretét is megbízhatóan kell csökkenteni. Az ultrahangos keverők előnye, hogy a részecskéket kisebb és egyenletesebb méretűre tudják őrölni, függetlenül attól, hogy a folyamat célja mikrométeres vagy nanoméretű részecskék előállítása. Míg más technológiák, például a lapátos vagy rotor–sztátor keverők, a nagynyomású homogenizátorok, a gyöngymalmok stb. olyan hátrányokkal járnak, mint az egyenletesen kis méretű nanorészecskék előállítására való képtelenség, az őrlőközeg okozta szennyeződés, az eltömődött fúvókák és a nagy energiafogyasztás, az ultrahangos diszpergálók az akusztikus kavitáció működési elvét alkalmazzák. Az ultrahanggal létrehozott kavitáció bizonyítottan rendkívül hatékony, energiahatékony, és még az olyan nagy viszkozitású anyagok diszpergálására is képes, mint a nanorészecskékkel töltött paszták.

Hogyan működik az ultrahangos diszpergálás?

A kavitációs nyíróerők és a folyadékáramlások felgyorsítják a részecskéket, így azok egymásnak ütköznek. Ezt részecskék közötti ütközésnek nevezik. Maguk a részecskék szolgálnak őrlőközegként, ami elkerülhetővé teszi az őrlőgyöngyök okozta szennyeződést és az azt követő elválasztási folyamatot, amely a hagyományos gyöngymalmok használatakor szükséges. Mivel a részecskék akár 280m/sec sebességű, rendkívül gyors részecskék közötti ütközések során törnek szét, rendkívül nagy erők hatnak rájuk, ezért apró részekre törnek. A súrlódás és az erózió csiszolt felületet és egyenletes alakot ad ezeknek a részecsketöredékeknek. A nyíróerők és a részecskék közötti ütközések kombinációja előnyt biztosít az ultrahangos homogenizálás és diszpergálás számára, rendkívül homogén kolloid szuszpenziókat és diszperziókat eredményezve!
Az ultrahang által létrehozott nagy nyíróerők további előnye a nyírásra vékonyodás hatása. Például az ultrahanggal előállított, oxidált CNT-kkel töltött epoxigyanták nyírásra vékonyodó viselkedést mutatnak. Mivel a nyírásra vékonyodás átmenetileg csökkenti a folyadék viszkozitását, megkönnyíti a viszkózus kompozitok feldolgozását.

Nagy sebességű képsorozat (a-tól f-ig), amely egy grafitpehely vízben végzett szonomechanikai rétegleválasztását szemlélteti az UP200S, egy 3-mm szonotródával felszerelt 200W teljesítményű ultrahangos készülék használatával. A nyilak a hasadás (rétegleválasztás) helyét mutatják, ahol kavitációs buborékok hatolnak be a résbe.
(Tanulmány és képek:© Tyurnina et al. 2020)

A térhálósítóban diszpergált különböző nanotöltőanyagok összehasonlítása (ultrahangos kezelés–US): (a) 0,5 wt% szénnanoszál (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% szénnanocső (CNT); (d) 0,5 wt% részlegesen diszpergált CNT.
(Tanulmány és kép: © Zanghellini et al., 2021)

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek nagy teljesítményű ragasztók formulálásához

A Hielscher Ultrasonics a folyadékok és zagyok feldolgozására szolgáló nagy teljesítményű ultrahangos berendezések specialistája. Az ultrahangos diszpergálók lehetővé teszik a nagy viszkozitású anyagok, például a nagy töltőanyag-tartalmú gyanták feldolgozását, és biztosítják a nanoanyagok egyenletes eloszlását a kompozitokon belül.
Az ultrahangos folyamatparaméterek, például az amplitúdó, az energiabevitel, a hőmérséklet, a nyomás és az idő pontos szabályozása lehetővé teszi a ragasztók nanométeres tartományban történő célzott kialakítását.
Akár szerves, akár szervetlen nanotöltőanyagok, például nanocsövek, cellulóz-nanokristályok (CNC-k), nanoszálak vagy nanofémek diszpergálását igényli az Ön formulációja, a Hielscher Ultrasonics rendelkezik az ideális ultrahangos összeállítással az Ön ragasztóformulációjához.
A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai nagyon nagy amplitúdók biztosítására képesek, és még nagyon nagy viszkozitás mellett is képesek a nanoanyagok deagglomerálására és diszpergálására. Akár 200µm amplitúdó mellett is könnyedén biztosítható a folyamatos, 24/7 működés.
A Hielscher ultrahangos készülékek minőségükről, megbízhatóságukról és robusztusságukról ismertek. A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt helyez a korszerű technológiát és felhasználóbarát kezelést kínáló nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. Természetesen a Hielscher ultrahangos készülékek megfelelnek a CE-előírásoknak, valamint az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: