고성능 전자기기용 나노 전도성 접착제

초음파 분산기는 고성능 전자기기 및 나노 전자기기용 고성능 접착제 생산에서 신뢰할 수 있는 혼합 및 분쇄 기술로 사용됩니다. 고성능 전자기기 생산에서는 나노 전도성 접착제와 같은 접착제의 수요가 높습니다. 이러한 고성능 접착제는 예를 들어 대체 상호연결재로 사용되며 주석/납 솔더를 대체할 수 있습니다.

고성능 전자기기용 고성능 접착제

고성능 전자기기를 생산하려면 금속에 대한 접착력이 높고 열 분리 및 절연을 위한 열전도성을 갖춘 접착제가 필요합니다. 전기 전도성 또는 절연성, 열전도성, 인장 강도, 영률 및 유연성과 같은 원하는 기능적 특성을 얻기 위해 은, 니켈, 그래핀, 산화 그래핀 및 탄소 나노튜브(CNTs)와 같은 나노입자를 에폭시 수지와 고분자에 혼입하는 경우가 많습니다. 고성능 전자기기용으로 개발된 고성능 접착제는 전기 전도성을 부여하기 위해 금속 충전재(예: 은, 금, 니켈 또는 구리 나노입자)를 사용합니다. 이러한 재료의 탁월한 특성을 발현하려면 크기를 나노 규모로 줄여야 합니다. 나노입자의 크기 감소와 분산은 까다로운 작업이므로, 강력한 분쇄 및 분산 기술이 성공적인 접착제 배합의 핵심입니다.

초음파 분산은 기존의 혼합 및 분쇄 기술과 비교하여 다양한 장점을 제공합니다. 초음파 처리는 신뢰성과 효과 덕분에 나노재료 가공 기술로 자리 잡았으며, 나노입자를 합성하거나 액체에 혼입하는 모든 산업에서 사용됩니다. 따라서 초음파 처리는 나노입자, 나노와이어 또는 탄소 나노튜브와 그래핀 단일층(나노시트)과 같은 나노 충전재를 함유한 나노 전도성 접착제를 생산하는 데 이상적인 기술입니다.
ECAs: 대표적인 예로 전기 전도성 접착제(ECAs)의 배합을 들 수 있습니다. 이는 고분자 매트릭스와 전기 전도성 충전재로 구성된 복합재입니다. 전자기기용 고성능 접착제를 배합하려면 고분자 수지(예: 에폭시, 실리콘, 폴리이미드)가 접착력, 기계적 강도, 충격 강도와 같은 물리적·기계적 기능을 제공해야 하며, 금속 충전재(예: 나노 은, 나노 금, 나노 니켈 또는 나노 구리)는 우수한 전기 전도성을 부여합니다. 절연 특성을 갖는 접착제의 경우, 광물 기반 충전재를 접착제 복합재에 혼입합니다.

초음파 처리 전후: 녹색 곡선은 초음파 처리 전의 입자 크기를 나타내며, 빨간색 곡선은 초음파로 분산된 실리카의 입도 분포를 나타냅니다.

점성 접착제 내 나노재료의 초음파 분산

초음파 균질기는 입자의 응집체, 집합체, 심지어 일차 입자의 크기까지 확실하게 줄여야 할 때 매우 효과적입니다. 초음파 혼합기의 장점은 공정 결과로 마이크로입자 또는 나노입자 중 어느 것을 목표로 하든 입자를 더 작고 균일한 크기로 분쇄할 수 있다는 점입니다. 블레이드 또는 로터–스테이터 혼합기, 고압 균질기, 비드 밀 등의 다른 기술은 균일하게 작은 나노입자를 생산할 수 없거나 분쇄 매체로 인한 오염, 노즐 막힘, 높은 에너지 소비와 같은 단점이 있는 반면, 초음파 분산기는 음향 캐비테이션의 작동 원리를 이용합니다. 초음파로 발생하는 캐비테이션은 매우 효과적이고 에너지 효율이 높으며, 나노입자가 함유된 페이스트와 같은 고점도 재료도 분산할 수 있는 것으로 입증되었습니다.

초음파 분산은 어떻게 작동할까요?

캐비테이션에 의한 전단력과 액체 흐름은 입자를 가속하여 서로 충돌하게 합니다. 이를 입자 간 충돌이라고 합니다. 입자 자체가 분쇄 매체로 작용하므로 분쇄 비드로 인한 오염을 방지하고, 기존 비드 밀을 사용할 때 필요한 후속 분리 공정을 피할 수 있습니다. 입자는 최대 280m/sec의 매우 빠른 속도로 입자 간 충돌을 일으켜 파쇄되므로, 입자에 매우 큰 힘이 가해져 미세한 조각으로 분해됩니다. 마찰과 침식은 이러한 입자 조각에 매끄러운 표면과 균일한 형상을 부여합니다. 전단력과 입자 간 충돌의 조합은 초음파 균질화 및 분산에 이점을 제공하여 매우 균질한 콜로이드 현탁액과 분산액을 만들어 냅니다!
초음파로 발생하는 높은 전단력의 또 다른 이점은 전단 박화 효과입니다. 예를 들어, 산화된 CNTs를 충전하여 초음파로 제조한 에폭시 수지는 전단 박화 거동을 보입니다. 전단 박화는 유체의 점도를 일시적으로 낮추므로 점성 복합재의 가공이 용이해집니다.

3-mm 소노트로드가 장착된 200W 초음파 처리기 UP200S를 사용하여 물속 흑연 플레이크의 초음파 기계적 박리를 보여 주는 고속 연속 영상 프레임(a부터 f까지). 화살표는 캐비테이션 기포가 갈라진 틈으로 침투하는 분리(박리) 지점을 나타냅니다.
(연구 및 이미지:© Tyurnina et al. 2020)

경화제에 분산된 서로 다른 나노 충전재의 비교(초음파 처리–US): (a) 0.5 wt% 탄소 나노섬유(CNF); (b) 0.5 wt% CNToxi; (c) 0.5 wt% 탄소 나노튜브(CNT); (d) 부분적으로 분산된 0.5 wt% CNT.
(연구 및 이미지: © Zanghellini et al., 2021)

고성능 접착제 배합을 위한 고출력 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonics는 액체 및 슬러리 처리를 위한 고성능 초음파 장비 전문 기업입니다. 초음파 분산기는 충전재 함량이 높은 수지와 같은 고점도 재료를 처리할 수 있으며, 복합재 내 나노재료의 균일한 분포를 보장합니다.
진폭, 에너지 투입량, 온도, 압력 및 시간과 같은 초음파 공정 매개변수를 정밀하게 제어하여 나노미터 범위에서 접착제를 맞춤 조정할 수 있습니다.
배합에 나노튜브, 셀룰로오스 나노결정(CNCs), 나노섬유 또는 나노 금속과 같은 유기 또는 무기 나노 충전재의 분산이 필요하다면, Hielscher Ultrasonics는 해당 접착제 배합에 이상적인 초음파 장치 구성을 제공합니다.
Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 처리기는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있으며, 점도가 매우 높은 조건에서도 나노재료의 응집을 해체하고 분산할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로 24/7 연속 운전을 손쉽게 수행할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 처리기는 품질, 신뢰성 및 견고성으로 인정받고 있습니다. Hielscher Ultrasonics는 ISO 인증 기업이며, 최첨단 기술과 사용자 편의성을 갖춘 고성능 초음파 처리기에 특히 중점을 두고 있습니다. 물론 Hielscher 초음파 처리기는 CE 규정을 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구사항을 충족합니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 안내합니다: