超音波による導電性インクの大規模製造
- 高い導電性を持つインクの製造には、粒径が精密に調整され、均一に分散した銀、グラフェン、CNTなどのナノ粒子が不可欠です。
- 強力な超音波分散装置により、優れた導電性を持つ金属系（例：Ag）および炭素系（例：CNT、グラフェン）のナノ粒子やナノ複合材料を合成、解凝集、分散できます。
- Hielscherの超音波分散装置は、高品質な分散を確保するとともに、非常に高い処理効果、信頼性、費用対効果を備えています。
導電性ナノ粒子の超音波分散
導電性インクは、その名が示すとおり、電気を通す機能を持っています。導電性インクやコーティング剤を調製するには、電気を通す成分（導電性フィラー）をインク基材中に極めて均一に分散させる必要があります。高い導電性を得るために、銀、銅、CNT、グラフェン、グラファイト、その他の金属被覆粒子やナノ複合材料などのナノ粒子が配合されます。
超音波処理装置は極めて強いせん断力を発生させ、ファンデルワールス力や分子結合を克服できます。超音波処理によって非常に狭い粒径分布、高い粒子機能性、再現性のある結果が得られるため、超音波分散はナノ粒子の分散に適した手法として選ばれています。
導電性インク中にナノ材料を分散させるための超音波バッチ反応器。
- ナノ銀インク
- グラフェンインク（グラフェン含有量が非常に高いもの）
- 銅インク（ナノワイヤーおよびナノ粒子）
- CNTインク
- SWNTインク
- ナノ金インク
- 多種多様なナノ複合材料
- 3Dプリント用インク
- 導電性接着剤（ECA）
誘電体ナノ粒子の超音波分散
複合材料に絶縁特性を付与するには、SiO2、ZnO、アルミナ・エポキシナノ複合材料などの誘電体粒子を、個々の粒子としてマトリックス中に均一に分散させる必要があります。超音波分散は凝集体を確実に崩し、ナノ粒子を良好に分散させます。材料に信頼性の高い誘電機能を持たせるには、粒子分布が非常に狭いことが不可欠です。
ナノ分散用のHielscher高出力超音波処理装置
強力な超音波システムは、研究室および卓上規模から本格的な産業規模まで、ナノ粒子を確実に分散させます。他の超音波機器メーカーと比較して、Hielscherの超音波システムは、単純な形状のソノトロードを使用し、24/7の連続運転で最大200µmという非常に大きな振幅を供給できます。用途によってさらに大きな振幅や非常に高い温度、またはその両方が必要な場合、Hielscherは、>200µmの振幅を供給でき、非常に高温の環境に挿入できるカスタム超音波ソノトロードを提供しています（例：金属溶湯の超音波処理）。Hielscherの超音波機器の堅牢性は産業規格を満たしています。当社のすべての機器は、高負荷かつ厳しい環境での24/7運転に対応するように製造されています。
以下の表に、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力を示します。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| 該当なし | 10–100L/min | UIP16000 |
| 該当なし | より大きな流量 | クラスター構成の UIP16000 |
- 用途に合わせた粒径
- 高い導電性
- 高い粒子含有量
- 低粘度から高粘度まで対応
- プロセス制御
- 容易な処理
- 迅速
- 高い費用対効果
産業用超音波処理装置UIP16000（16kW） は導電性インクの製造に使用されます
文献／参考資料
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.
知っておきたい知識
導電性ナノ粒子
ナノ粒子（NP）は、その材料のバルク状態での特性とは大きく異なる場合がある、独自の材料特性を備えています。ナノ材料には多種多様な形状があります。1:1,000,000という極めて高いアスペクト比（例：ナノチューブ）や、完全な球形を持つものがあります。チューブや球のほかにも、ナノ粒子にはロッド、ワイヤー、ウィスカー、ナノフラワー、繊維、フレーク、ドットなどの形状があります。
ナノ粒子のサイズと形状は、引張強度、柔軟性、熱機械特性、導電特性、誘電特性、磁気特性、光学特性などの特性に重要な役割を果たします。これらの機能を複合材料に付与するには、NPをマトリックス中に均一に分散させ、混合する必要があります。このような高品質な分散を得るために、超音波処理が分散手法として選ばれています。
導電性ナノ粒子は、インクやコーティング剤に導電性を付与するために広く使用されています。ナノ銀（nano-Ag）は、導電性インクで最も多く使用されているナノフィラーの一つです。銀系導電性インクは、柔軟性と耐折り曲げ性を備えた、水性でスクリーン印刷可能なインクとして配合できます。
導電性インク
導電性インクは、インクジェット印刷やスピンコーティングなどによって堆積させることができる導電性ポリマー（ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなど）です。一般的な導電性インクは、導電成分に応じて、貴金属、導電性ポリマー、炭素ナノ材料の三つのカテゴリーに分類できます。導電性インクには幅広い用途があり、電子機器、包装材（PETおよびプラスチックフィルム）、センサー、アンテナ、RFIDタグ／ラベル、タッチスクリーン、OLEDディスプレイ、印刷ヒーターなど、多くの製品の製造に使用されています。
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)]は、最も多用されている導電性ポリマーの一つで、高い導電性に加えて透明な外観を備えています。カーボンナノチューブ、銀ナノワイヤー、グラフェンのいずれか、またはこれらを組み合わせたネットワークを添加することで、PEDOT:PSSの導電性を大幅に向上させることができます。さまざまなコーティングおよび印刷プロセスに対応する、改質されたPEDOT:PSSインクや配合物が入手可能です。水性PEDOT:PSSインクは、主にスロットダイコーティング、フレキソ印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷に使用されています。
誘電体インク
誘電体インクおよびコーティング剤は電気を通さず、導電性材料の保護と改良のための絶縁層を形成する目的で、電子回路基板のスクリーン印刷に使用されます。
誘電体ナノ粒子は、インク、ペースト、コーティング剤に絶縁性を付与するために使用されます。
Hielscher Ultrasonicsは、 研究室規模 から 産業規模までの高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。