Ultrasone productie van geleidende inkten op grote schaal
- Uniform gedispergeerde nanodeeltjes zoals zilver, grafeen of CNT's met een precies op maat gemaakte deeltjesgrootte zijn cruciaal voor de productie van sterk geleidende inkten.
- Krachtige ultrasone dispergeerders maken het mogelijk om metallische (bijv. Ag), koolstofgebaseerde (bijv. CNT's, grafeen) nanodeeltjes en nanocomposieten met uitstekende elektrische geleidbaarheid te synthetiseren, deagglomereren en distribueren.
- Hielscher ultrasone dispergeerders garanderen dispersies van hoge kwaliteit en zijn tegelijkertijd zeer effectief, betrouwbaar en kostenefficiënt.
Ultrasone dispersie van geleidende nanodeeltjes
Geleidende inkt heeft – zoals de naam al aangeeft – de functionaliteit van elektrische geleiding. Om geleidende inkten en coatings te maken, moeten componenten die elektriciteit geleiden (geleidende vulstoffen) zeer gelijkmatig worden gedispergeerd in de inktbasis. Nanodeeltjes zoals zilver, koper, CNT's, grafeen, grafiet, andere met metalen beklede deeltjes en nanocomposieten worden toegevoegd voor een hoge geleidbaarheid.
Ultrasone processoren creëren extreem intensieve schuifkrachten, waardoor van der Waals krachten en moleculaire bindingen kunnen worden overwonnen. Ultrasone dispersie is de voorkeurstechniek om nanodeeltjes te dispergeren, omdat sonicatie een zeer smalle korrelgrootteverdeling, hoge deeltjesfunctionaliteit en reproduceerbare resultaten oplevert.
Ultrasone batchreactor voor de dispersie van nanomaterialen in geleidende inkten.
- Nano-zilverinkten
- Grafeeninkten (met zeer hoge ladingen grafeen)
- Koperinkten (nanodraden en nanodeeltjes)
- CNT-inkten
- SWNT-inkten
- Nano-goud inkten
- nano-composieten voor spruitstukken
- 3D-printbare inkten
- elektrisch geleidende lijmen (ECA's)
Ultrasone dispersie van diëlektrische nanodeeltjes
Om isolerende eigenschappen aan een composiet te geven, moeten diëlektrische deeltjes zoals SiO2, ZnO, alumina-epoxy nanocomposieten homogeen als afzonderlijke deeltjes in de matrix worden gedispergeerd. Ultrasoon dispergeren zorgt ervoor dat agglomeraten worden gebroken zodat de nanodeeltjes goed gedispergeerd worden. Een zeer smalle deeltjesdistributie is cruciaal om een betrouwbare diëlektrische functionaliteit van het materiaal te verkrijgen.
Hielscher Ultrageluidsapparatuur met hoog vermogen voor nanodispersies
Krachtige ultrasone systemen zorgen voor een betrouwbare dispersie van nanodeeltjes – In vergelijking met andere ultrasone leveranciers zijn Hielscher ultrasone systemen in staat om zeer hoge amplitudes tot 200 µm te leveren. – continu in 24/7 bedrijf en met eenvoudige sonotrodevormen. Als een toepassing nog hogere amplitudes en/of zeer hoge temperaturen vereist, biedt Hielscher op maat gemaakte ultrasone sonotrodes die amplitudes van >200 µm kunnen leveren en in zeer hete omgevingen kunnen worden geplaatst (bijv. voor sonicatie van metaalsmelten). De robuustheid van Hielscher ultrasoonapparatuur voldoet aan industriële normen. Al onze apparatuur is gebouwd voor 24/7 gebruik onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
- deeltjesgrootte op maat
- hoge geleidbaarheid
- Hoge deeltjesbelasting
- lage tot hoge viscositeit
- procesbeheersing
- eenvoudige verwerking
- Snel
- Kostenefficiënt
Industriële ultrasone processor UIP16000 (16kW) voor de productie van geleidende inkten
Literatuur / referentie
- 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.
Wetenswaardigheden
Elektrisch geleidende nanodeeltjes
Nanodeeltjes (NP's) bieden unieke materiaaleigenschappen die drastisch kunnen verschillen van de bulkkarakteristieken van het materiaal. Nanomaterialen zijn er in vele vormen. Ze kunnen een extreem hoge hoogte-breedteverhouding van 1:1.000.000 (bijv. nanobuisjes) of een perfect sferische vorm hebben. Naast buisjes en bollen hebben nanodeeltjes de vorm van staven, draden, snorharen, nanobloemen, vezels, vlokken en stippen.
Grootte en vorm van nanodeeltjes spelen een belangrijke rol bij de eigenschappen van nanodeeltjes, zoals treksterkte, flexibiliteit, thermomechanische, geleidende, diëlektrische, magnetische en optische eigenschappen. Om deze eigenschappen in composieten te kunnen toepassen, moeten de nanodeeltjes gelijkmatig worden gedispergeerd en gemengd in de matrix. Om een dergelijke dispersie van hoge kwaliteit te verkrijgen, wordt bij voorkeur ultrasoon gedispergeerd.
Elektrisch geleidende nanodeeltjes worden veel gebruikt om inkten en coatings elektrisch geleidend te maken. Nanozilver (nano-Ag) is een van de meest gebruikte nanovulstoffen in geleidende inkten. Op zilver gebaseerde geleidende inkten kunnen worden geformuleerd als inkten op waterbasis en zeefdrukbare inkten, die flexibel en kreukbestendig zijn.
geleidende inkten
Geleidende inkten zijn geleidende polymeren (polyaniline, polythiofeen of polypyrrolen, enz.) die kunnen worden aangebracht via inkjetprinten, spincoating, enz. Gangbare elektrogeleidende inkten kunnen worden ingedeeld in drie categorieën die overeenkomen met hun geleidende bestanddelen, die edele metalen, geleidende polymeren of koolstofnanomaterialen kunnen zijn. Geleidende inkten hebben een breed toepassingsgebied en worden gebruikt bij de productie van elektronica, verpakkingen (PET en plastic folies), sensoren, antennes, RFID tags/labels, aanraakschermen, OLED displays, geprinte verwarmers en vele andere.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethyleendioxythiofeen) poly(styreenesulfonaat)] is een van de meest gebruikte geleidende polymeren, die naast een hoge geleidbaarheid ook een transparant uiterlijk hebben. Door een netwerk van koolstofnanobuisjes, zilveren nanodraden en/of grafeen toe te voegen, kan de geleidbaarheid van PEDOT:PSS aanzienlijk worden verbeterd. Gemodificeerde PEDOT:PSS inkten en formuleringen zijn beschikbaar voor verschillende coating- en drukprocessen. Op water gebaseerde PEDOT:PSS-inkten worden voornamelijk gebruikt voor het coaten van sleufmatrijzen, flexografie, rotogravure en inkjetdruk.
Diëlektrische inkten
Diëlektrische inkten en coatings zijn elektrisch niet-geleidend en worden gebruikt bij het zeefdrukken van elektronische printplaten om een isolerende laag op te bouwen ter bescherming en verbetering van geleidende materialen.
Diëlektrische nanodeeltjes worden gebruikt om inkten, pasta's en coatings een isolerend vermogen te geven.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.