Elektrību vadošas nanolīmes augstas veiktspējas elektronikai

Ultraskaņas disperģētājus izmanto kā uzticamu sajaukšanas un malšanas tehnoloģiju augstas veiktspējas līmju ražošanā augstas veiktspējas elektronikai un nanoelektronikai. Augstas veiktspējas elektronikas ražošanā ir liels pieprasījums pēc tādām līmēm kā elektrību vadošas nanolīmes. Šādas augstas veiktspējas līmes izmanto, piemēram, kā alternatīvus elektriskos starpsavienojumus, un tās var aizstāt alvas/svina lodmetālu.

Augstas veiktspējas līmes augstas veiktspējas elektronikai

Augstas veiktspējas elektronikas ražošanai nepieciešamas līmes ar augstu adhēziju pie metāliem un augstu siltumvadītspēju siltuma novadīšanai un izolācijai. Epoksīdsveķos un polimēros bieži iestrādā tādas nanodaļiņas kā sudrabs, niķelis, grafēns, grafēna oksīds un oglekļa nanocaurulītes (CNTs), lai iegūtu vēlamās funkcionālās īpašības, piemēram, elektrovadītspēju vai izolāciju, siltumvadītspēju, stiepes izturību, Junga moduli un lokanību. Augstas veiktspējas līmēs, kas izstrādātas izmantošanai augstas veiktspējas elektronikā, elektrovadītspējas nodrošināšanai izmanto metālu pildvielas, piemēram, sudraba, zelta, niķeļa vai vara nanodaļiņas. Lai izmantotu šo materiālu izcilās īpašības, to izmērs jāsamazina līdz nanomērogam. Tā kā nanodaļiņu izmēra samazināšana un disperģēšana ir sarežģīts uzdevums, jaudīga malšanas un disperģēšanas tehnoloģija ir izšķiroša veiksmīgai līmju sastāvu izstrādei.

Disperģēšana ar ultraskaņu piedāvā dažādas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām sajaukšanas un malšanas tehnoloģijām. Pateicoties uzticamībai un efektivitātei, apstrāde ar ultraskaņu ir nostiprinājusies nanomateriālu apstrādē un ir sastopama ikvienā nozarē, kur nanodaļiņas tiek sintezētas un/vai iestrādātas šķidrumos. Tādēļ apstrāde ar ultraskaņu ir ideāla tehnoloģija elektrību vadošu nanolīmju ražošanai, kas satur tādas nanopildvielas kā nanodaļiņas, nanovadi vai oglekļa nanocaurulītes un grafēna monoslāņi (nanoloksnes).
ECA: Raksturīgs piemērs ir elektrību vadošu līmju (ECA) sastāvu izstrāde; šīs līmes ir kompozīti, kas sastāv no polimēra matricas un elektrību vadošām pildvielām. Lai izstrādātu augstas veiktspējas līmi izmantošanai elektronikā, polimēru sveķiem, piemēram, epoksīdsveķiem, silikonam vai poliimīdam, jānodrošina tādas fizikālās un mehāniskās īpašības kā adhēzija, mehāniskā izturība un triecienizturība, savukārt metāla pildviela, piemēram, nanosudrabs, nanozelts, nanoniķelis vai nanovars, nodrošina izcilu elektrovadītspēju. Līmēm ar izolējošām īpašībām līmes kompozītā iestrādā minerālu pildvielas.

Pirms un pēc apstrādes ar ultraskaņu: zaļā līkne parāda daļiņu izmēru pirms apstrādes ar ultraskaņu, bet sarkanā līkne ir ar ultraskaņu disperģēta silīcija dioksīda daļiņu izmēru sadalījums.

Nanomateriālu disperģēšana viskozās līmēs ar ultraskaņu

Ultraskaņas homogenizatori ir ļoti iedarbīgi, ja nepieciešams uzticami samazināt daļiņu aglomerātu, agregātu un pat primāro daļiņu izmēru. Ultraskaņas maisītāju priekšrocība ir spēja samalt daļiņas līdz mazākam un vienmērīgākam izmēram neatkarīgi no tā, vai procesa mērķis ir iegūt mikrodaļiņas vai nanodaļiņas. Citām tehnoloģijām, piemēram, lāpstiņu vai rotora–statora maisītājiem, augstspiediena homogenizatoriem, lodīšu dzirnavām u. c., ir tādi trūkumi kā nespēja iegūt vienmērīgi mazas nanodaļiņas, piesārņojums no malšanas ķermeņiem, aizsērējušas sprauslas un liels enerģijas patēriņš, savukārt ultraskaņas disperģētāju darbības pamatā ir akustiskā kavitācija. Ir pierādīts, ka ultraskaņas radītā kavitācija ir ļoti iedarbīga, energoefektīva un spēj disperģēt pat ļoti viskozus materiālus, piemēram, pastas ar nanodaļiņu pildījumu.

Kā darbojas disperģēšana ar ultraskaņu?

Kavitācijas radītie bīdes spēki un šķidruma plūsmas paātrina daļiņas, izraisot to savstarpējas sadursmes. To sauc par daļiņu savstarpēju sadursmi. Pašas daļiņas darbojas kā malšanas vide, novēršot piesārņojumu no malšanas lodītēm un nepieciešamību pēc turpmāka atdalīšanas procesa, kas ir vajadzīgs, izmantojot parastās lodīšu dzirnavas. Tā kā daļiņas sašķeļas savstarpējās sadursmēs ļoti lielā ātrumā – līdz 280m/sec –, uz tām iedarbojas ārkārtīgi lieli spēki, kuru ietekmē tās sadalās sīkos fragmentos. Berze un erozija piešķir šiem daļiņu fragmentiem pulētu virsmu un vienveidīgu formu. Bīdes spēku un daļiņu savstarpējo sadursmju kombinācija nodrošina ultraskaņas homogenizācijas un disperģēšanas priekšrocību, ļaujot iegūt ļoti viendabīgas koloidālās suspensijas un dispersijas!
Vēl viena ultraskaņas radīto lielo bīdes spēku priekšrocība ir viskozitātes samazināšanās bīdes ietekmē. Piemēram, ar ultraskaņu sagatavotiem epoksīdsveķiem ar oksidētu CNTs pildījumu viskozitāte bīdes ietekmē samazinās. Tā kā bīdes ietekmē šķidruma viskozitāte īslaicīgi samazinās, viskozu kompozītu apstrāde kļūst vieglāka.

Ar lielu uzņemšanas ātrumu iegūta kadru secība (no a līdz f), kas ilustrē grafīta pārslas sonomehānisku eksfoliāciju ūdenī, izmantojot UP200S – 200W ultraskaņas apstrādes ierīci ar 3-mm sonotrodi. Bultiņas norāda sašķelšanās (eksfoliācijas) vietu, kur šķēlumā iespiežas kavitācijas burbuļi.
(Pētījums un attēli:© Tyurnina et al. 2020)

Dažādu cietinātājā disperģētu nanopildvielu salīdzinājums (apstrāde ar ultraskaņu – US): (a) 0,5 wt% oglekļa nanošķiedru (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% oglekļa nanocaurulīšu (CNT); (d) 0,5 wt% daļēji disperģētu CNT.
(Pētījums un attēls: © Zanghellini et al., 2021)

Lieljaudas ultraskaņas apstrādes ierīces augstas veiktspējas līmju sastāvu izstrādei

Hielscher Ultrasonics specializējas augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtās šķidrumu un suspensiju apstrādei. Ultraskaņas disperģētāji ļauj apstrādāt ļoti viskozus materiālus, piemēram, sveķus ar lielu pildvielu saturu, un nodrošina vienmērīgu nanomateriālu sadalījumu kompozītos.
Precīza tādu ultraskaņas procesa parametru kontrole kā amplitūda, ievadītā enerģija, temperatūra, spiediens un laiks ļauj pielāgot līmes nanometru mērogā.
Neatkarīgi no tā, vai jūsu sastāvam nepieciešama organisku vai neorganisku nanopildvielu, piemēram, nanocaurulīšu, celulozes nanokristālu (CNCs), nanošķiedru vai nanometālu, disperģēšana, Hielscher Ultrasonics piedāvā ideālu ultraskaņas iekārtu jūsu līmes sastāvam.
Hielscher Ultrasonics rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti lielas amplitūdas un spēj deaglomerēt un disperģēt nanomateriālus pat ļoti augstas viskozitātes apstākļos. Amplitūdas līdz 200µm var viegli uzturēt nepārtrauktā darbībā 24/7 režīmā.
Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir atzītas to kvalitātes, uzticamības un izturības dēļ. Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar modernākajām tehnoloģijām un lietotājam ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu: