Perekat Nano-Konduktif untuk Elektronik Berkinerja Tinggi

Disperser ultrasonik digunakan sebagai teknik pencampuran dan penggilingan yang andal dalam produksi perekat berkinerja tinggi untuk elektronik berkinerja tinggi dan nanoelektronik. Dalam produksi elektronik berkinerja tinggi, perekat seperti perekat nano-konduktif sangat diminati. Perekat berkinerja tinggi tersebut digunakan, misalnya, sebagai interkoneksi alternatif dan dapat menggantikan solder timah/timbal.

Perekat Berkinerja Tinggi untuk Elektronik Berkinerja Tinggi

Untuk produksi elektronik berkinerja tinggi, diperlukan perekat dengan daya rekat yang tinggi pada logam dan konduktivitas termal untuk pemisahan termal dan isolasi. Nanopartikel seperti perak, nikel, grafena, grafena oksida, dan nanotube karbon (CNT) sering dimasukkan ke dalam resin epoksi dan polimer untuk memperoleh sifat fungsional yang diinginkan, seperti konduktivitas listrik atau isolasi, konduktivitas termal, kekuatan tarik, modulus Young, dan fleksibilitas. Perekat berkinerja tinggi yang dikembangkan untuk elektronik berkinerja tinggi menggunakan bahan pengisi logam (seperti nanopartikel perak, emas, nikel, atau tembaga) untuk memberikan konduktivitas listrik. Untuk mengoptimalkan sifat luar biasa dari bahan-bahan ini, ukurannya harus diperkecil hingga skala nano. Karena pengecilan ukuran dan pendispersian nanopartikel merupakan tugas yang menantang, teknologi penggilingan dan pendispersian yang bertenaga merupakan kunci keberhasilan formulasi perekat.

Pendispersian ultrasonik menawarkan berbagai keunggulan dibandingkan dengan teknik pencampuran dan penggilingan tradisional. Berkat keandalan dan efektivitasnya, sonikasi telah menjadi metode yang mapan dalam pemrosesan nanomaterial dan dapat ditemukan di setiap industri yang menyintesis nanopartikel dan/atau memasukkannya ke dalam cairan. Oleh karena itu, ultrasonikasi merupakan teknik ideal untuk produksi perekat nano-konduktif yang mengandung bahan pengisi nano seperti nanopartikel, kawat nano, atau nanotube karbon dan lapisan tunggal grafena (lembaran nano).
ECA: Contoh yang menonjol adalah formulasi perekat konduktif listrik (ECA), yang merupakan komposit dari matriks polimer dan bahan pengisi konduktif listrik. Untuk memformulasikan perekat berkinerja tinggi bagi aplikasi elektronik, resin polimer (misalnya, epoksi, silikon, polimida) harus memberikan fungsi fisik dan mekanis seperti adhesi, kekuatan mekanis, dan kekuatan impak, sedangkan bahan pengisi logam (misalnya, perak nano, emas nano, nikel nano, atau tembaga nano) menghasilkan konduktivitas listrik yang unggul. Untuk perekat dengan sifat isolasi, bahan pengisi berbasis mineral dimasukkan ke dalam komposit perekat.

Sebelum dan sesudah sonikasi: Kurva hijau menunjukkan ukuran partikel sebelum sonikasi, sedangkan kurva merah merupakan distribusi ukuran partikel silika yang didispersikan secara ultrasonik.

Dispersi Ultrasonik Nanomaterial ke dalam Perekat Kental

Homogenizer ultrasonik sangat efektif ketika ukuran aglomerat, agregat, dan bahkan partikel primer harus diperkecil secara andal. Keunggulan pencampur ultrasonik adalah kemampuannya menggiling partikel hingga ukuran yang lebih kecil dan lebih seragam, baik partikel berukuran mikron maupun nano yang ditargetkan sebagai hasil proses. Sementara teknologi lain seperti pencampur berbilah atau rotor-stator, homogenizer bertekanan tinggi, penggiling manik, dan sebagainya memiliki kelemahan seperti ketidakmampuan menghasilkan nanopartikel kecil yang seragam, kontaminasi oleh media penggilingan, nosel tersumbat, dan konsumsi energi yang tinggi, disperser ultrasonik menggunakan prinsip kerja kavitasi akustik. Kavitasi yang dihasilkan oleh ultrasonik telah terbukti sangat efektif, hemat energi, dan mampu mendispersikan bahkan bahan dengan viskositas tinggi seperti pasta yang mengandung nanopartikel.

Bagaimana Cara Kerja Pendispersian Ultrasonik?

Gaya geser kavitasi dan aliran cairan mempercepat partikel sehingga saling bertumbukan. Hal ini dikenal sebagai tumbukan antarpartikel. Partikel itu sendiri bertindak sebagai media penggilingan, sehingga menghindari kontaminasi oleh manik penggiling dan proses pemisahan selanjutnya yang diperlukan ketika penggiling manik konvensional digunakan. Karena partikel pecah akibat tumbukan antarpartikel pada kecepatan sangat tinggi hingga 280m/sec, gaya yang luar biasa besar bekerja pada partikel, yang kemudian pecah menjadi fragmen sangat kecil. Gesekan dan erosi memberikan permukaan yang terpoles dan bentuk yang seragam pada fragmen partikel tersebut. Kombinasi gaya geser dan tumbukan antarpartikel memberikan keunggulan pada homogenisasi dan dispersi ultrasonik dengan menghasilkan suspensi dan dispersi koloid yang sangat homogen!
Manfaat lain dari gaya geser tinggi yang dihasilkan oleh ultrasonik adalah efek penurunan viskositas akibat geser. Misalnya, resin epoksi yang dibuat secara ultrasonik dengan bahan pengisi CNT teroksidasi menunjukkan perilaku penurunan viskositas akibat geser. Karena efek ini menurunkan viskositas fluida untuk sementara, pemrosesan komposit kental menjadi lebih mudah.

Rangkaian bingkai berkecepatan tinggi (dari a hingga f) yang menggambarkan eksfoliasi sonomekanis serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, sonikator 200W dengan sonotrode 3-mm. Panah menunjukkan lokasi pembelahan (eksfoliasi) dengan gelembung kavitasi yang menembus celah tersebut.
(Studi dan gambar:© Tyurnina et al. 2020)

Perbandingan berbagai bahan pengisi nano yang didispersikan dalam pengeras (ultrasonikasi–US): (a) 0,5 wt% serat nano karbon (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% nanotube karbon (CNT); (d) 0,5 wt% CNT yang terdispersi sebagian.
(Studi dan gambar: © Zanghellini et al., 2021)

Sonikator Berdaya Tinggi untuk Memformulasikan Perekat Berkinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics merupakan spesialis dalam peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk pemrosesan cairan dan slurry. Disperser ultrasonik memungkinkan pemrosesan bahan berviskositas tinggi seperti resin dengan kandungan bahan pengisi tinggi dan memastikan distribusi nanomaterial yang seragam di dalam komposit.
Kontrol presisi atas parameter proses ultrasonik seperti amplitudo, masukan energi, suhu, tekanan, dan waktu memungkinkan penyesuaian perekat dalam rentang nanometer.
Baik formulasi Anda memerlukan dispersi bahan pengisi nano organik maupun anorganik seperti nanotube, nanokristal selulosa (CNC), serat nano, atau logam nano, Hielscher Ultrasonics memiliki konfigurasi ultrasonik yang ideal untuk formulasi perekat Anda.
Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo sangat tinggi dan mampu mendeaglomerasi serta mendispersikan nanomaterial bahkan pada viskositas sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan terus-menerus dalam pengoperasian 24/7.
Sonikator Hielscher dikenal karena kualitas, keandalan, dan ketangguhannya. Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikasi ISO dan memberikan perhatian khusus pada sonikator berkinerja tinggi yang dilengkapi teknologi mutakhir dan mudah digunakan. Tentu saja, sonikator Hielscher mematuhi CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA, dan RoHs.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: