Nano-leetfäeg Pechstoffer fir Héichleeschtungselektronik

Ultraschalldispergéierer ginn als zouverlässeg Mësch- a Mueltechnik bei der Produktioun vun Héichleeschtungspechstoffer fir Héichleeschtungselektronik an Nanoelektronik agesat. Bei der Produktioun vun Héichleeschtungselektronik si Pechstoffer wéi nano-leetfäeg Pechstoffer staark gefrot. Esou Héichleeschtungspechstoffer ginn z. B. als alternativ elektresch Verbindungen agesat a kënnen Zënn-/Bläilout ersetzen.

Héichleeschtungspechstoffer fir Héichleeschtungselektronik

Fir d’Produktioun vun Héichleeschtungselektronik si Pechstoffer mat héijer Haftfäegkeet op Metall an héijer Wärmeleetfäegkeet fir d’Wärmeofleedung an d’Isolatioun erfuerderlech. Nanopartikele wéi Sëlwer, Néckel, Graphen, Graphenoxid a Kuelestoffnanoréier (CNTs) ginn dacks an Epoxyharzer a Polymeren agebaut, fir déi gewënscht funktionell Eegenschafte wéi elektresch Leetfäegkeet oder Isolatioun, Wärmeleetfäegkeet, Zuchfestegkeet, Elastizitéitsmodul a Flexibilitéit ze kréien. Héichleeschtungspechstoffer, déi fir Héichleeschtungselektronik entwéckelt goufen, benotze metallesch Fëllstoffer (wéi Sëlwer-, Gold-, Néckel- oder Koffernanopartikelen), fir elektresch Leetfäegkeet ze bidden. Fir déi aussergewéinlech Eegenschafte vun dëse Materialien ze erschléissen, muss hir Gréisst op d’Nanoskala reduzéiert ginn. Well d’Verklengerung an d’Dispergéiere vun Nanopartikelen eng usprochsvoll Aufgab ass, ass eng leeschtungsstaark Muel- an Dispergéiertechnologie entscheedend fir erfollegräich Pechstoffformuléierungen.

D’Dispergéiere mat Ultraschall bitt verschidde Virdeeler am Verglach mat traditionelle Mësch- a Mueltechniken. Duerch hir Zouverlässegkeet a Wierksamkeet huet sech d’Beschallung an der Veraarbechtung vun Nanomaterialien etabléiert a gëtt an all Industrie agesat, an där Nanopartikelen synthetiséiert an/oder a Flëssegkeeten agebaut ginn. Dofir ass d’Ultraschallbehandlung déi ideal Technik fir d’Produktioun vun nano-leetfäege Pechstoffer, déi Nanofëllstoffer wéi Nanopartikelen, Nanodréit oder Kuelestoffnanoréier a Graphenmonoschichten (Nanoblieder) enthalen.
ECAs: E markant Beispill ass d’Formuléierung vun elektresch leetfäege Pechstoffer (ECAs), déi Kompositmaterialien aus enger Polymermatrix an elektresch leetfäege Fëllstoffer sinn. Fir en Héichleeschtungspechstoff fir elektronesch Uwendungen ze formuléieren, muss e Polymerharz (z. B. Epoxy, Silikon, Polyimid) physikalesch a mechanesch Funktionalitéite wéi Haftung, mechanesch Festegkeet a Schlagfestegkeet bidden, wärend de metallesche Fëllstoff (z. B. Nanosëlwer, Nanogold, Nanonéckel oder Nanokoffer) eng iwwerleeën elektresch Leetfäegkeet schaaft. Fir Pechstoffer mat isoléierenden Eegenschafte ginn mineralbaséiert Fëllstoffer an d’Pechstoffkompositmaterial agebaut.

Virun an no der Beschallung: Déi gréng Kéier weist d’Partikelgréisst virun der Beschallung, déi rout Kéier weist d’Partikelgréissteverdeelung vu mat Ultraschall dispergéiertem Siliziumdioxid.

Ultraschalldispersioun vun Nanomaterialien a viskos Pechstoffer

Ultraschallhomogenisateure si ganz wierksam, wann d’Gréisst vu Partikelagglomerater, Aggregater a souguer Primärpartikelen zouverlässeg reduzéiert muss ginn. De Virdeel vun Ultraschallmëscher ass hir Fäegkeet, Partikelen op méi kleng a méi eenheetlech Partikelgréissten ze muelen, egal ob Mikro- oder Nanopartikelen als Prozessresultat ugestrieft ginn. Wärend aner Technologië wéi Messermëscher oder Rotor-Stator-Mëscher, Héichdrockhomogenisateuren, Perlemillen asw. Nodeeler opweisen, wéi d’Onfäegkeet, eenheetlech kleng Nanopartikelen ze produzéieren, Kontaminatioun duerch Muelkierper, verstoppt Düsen an en héijen Energieverbrauch, notzen Ultraschalldispergéierer d’Wierkprinzip vun der akustescher Kavitatioun. Duerch Ultraschall erzeugte Kavitatioun huet sech als héichwierksam an energieeffizient erwisen an ass fäeg, souguer héichviskos Materialie wéi mat Nanopartikele beluede Paschten ze dispergéieren.

Wéi funktionéiert d’Dispergéiere mat Ultraschall?

Scherkräften duerch Kavitatioun a Flëssegkeetsstréim beschleunegen d’Partikelen, sou datt se matenee kollidéieren. Dëst gëtt als Interpartikelkollisioun bezeechent. D’Partikele selwer wierken als Muelmëttel, wouduerch eng Kontaminatioun duerch Muelperlen an den uschléissenden Trennprozess vermidde ginn, deen beim Asaz vu konventionelle Perlemillen néideg ass. Well d’Partikelen duerch Interpartikelkollisioune bei ganz héije Vitessë vu bis zu 280m/sec zerbriechen, wierken aussergewéinlech héich Kräften op d’Partikelen, déi dofir a winzeg Brochstécker zerfalen. Reiwung an Erosioun ginn dëse Partikelbrochstécker eng poléiert Uewerfläch an eng eenheetlech Form. D’Kombinatioun vu Scherkräften an Interpartikelkollisioune gëtt der Ultraschallhomogeniséierung an -dispersioun hiren entscheedende Virdeel, well se héichhomogen kolloidal Suspensiounen an Dispersioune liwweren!
En anere Virdeel vun den héije Scherkräften, déi duerch Ultraschall entstinn, ass den Effet vun der Scherverdënnung. Zum Beispill weisen Epoxyharzer, déi mat Ultraschall preparéiert goufen a mat oxidéierte CNTs gefëllt sinn, e scherverdënnend Verhalen. Well d’Scherverdënnung d’Viskositéit vun der Flëssegkeet temporär reduzéiert, gëtt d’Veraarbechtung vu viskose Kompositmaterialien erliichtert.

Eng Héichvitesssequenz vu Biller (vun a bis f), déi d’sonomechanesch Exfoliatioun vun enger Graphitflack am Waasser mam UP200S weist, engem 200W Ultraschallapparat mat enger 3-mm Sonotrod. Feiler weisen d’Plaz vun der Opspléckung (Exfoliatioun), bei där Kavitatiounsblosen an de Spléck andréngen.
(Etüd a Biller:© Tyurnina et al. 2020)

Verglach vu verschiddenen Nanofëllstoffer, déi am Häerter dispergéiert goufen (Ultraschallbehandlung–US): (a) 0,5 wt% Kuelestoffnanofaser (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% Kuelestoffnanorouer (CNT); (d) 0,5 wt% CNT deelweis dispergéiert.
(Etüd a Bild: © Zanghellini et al., 2021)

Leeschtungsstaark Ultraschallapparater fir d’Formuléierung vun Héichleeschtungspechstoffer

Hielscher Ultrasonics ass Spezialist fir Héichleeschtungsultraschallapparater fir d’Veraarbechtung vu Flëssegkeeten a Schlämmen. Ultraschalldispergéierer erlaben d’Veraarbechtung vun héichviskose Materialie wéi Harzer mat engem héije Fëllstoffgehalt a suerge fir eng eenheetlech Verdeelung vun Nanomaterialien a Kompositmaterialien.
Déi präzis Kontroll vun Ultraschallprozessparameteren ewéi Amplitud, Energieaféierung, Temperatur, Drock an Zäit erlaabt et, Pechstoffer am Nanometerberäich geziilt unzepassen.
Egal ob Är Formuléierung d’Dispersioun vun organeschen oder anorganeschen Nanofëllstoffer wéi Nanoréier, Zellulosnanokristaller (CNCs), Nanofaseren oder Nanometaller erfuerdert, Hielscher Ultrasonics huet den idealen Ultraschallopbau fir Är Pechstoffformuléierung.
Déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics kënne ganz héich Amplitudë liwweren a sinn an der Lag, Nanomaterialien och bei ganz héije Viskositéiten ze deagglomeréieren an ze dispergéieren. Amplitudë vu bis zu 200µm kënnen ouni Weideres kontinuéierlech am 24/7-Betrib gefuer ginn.
Hielscher Ultraschallapparater si fir hir Qualitéit, Zouverlässegkeet a Robustheet unerkannt. Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifizéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op Héichleeschtungsultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Selbstverständlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.
D’Tabell hei ënne gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: