Ultrasone productie van geleidende inkten op grote schaal
- Uniform gedispergeerde nanodeeltjes zoals zilver, grafeen of CNT’s met een nauwkeurig afgestemde deeltjesgrootte zijn cruciaal voor de productie van sterk geleidende inkten.
- Krachtige ultrasone dispergeerapparaten maken het mogelijk om metallische nanodeeltjes (bijv. Ag), nanodeeltjes op basis van koolstof (bijv. CNT’s, grafeen) en nanocomposieten met een uitstekende elektrische geleidbaarheid te synthetiseren, te deagglomereren en te verdelen.
- Ultrasone dispergeerapparaten van Hielscher zorgen voor dispersies van hoge kwaliteit en zijn daarbij zeer effectief, betrouwbaar en kostenefficiënt.
Ultrasone dispersie van geleidende nanodeeltjes
Geleidende inkt heeft – zoals de naam aangeeft – de functie om elektriciteit te geleiden. Om geleidende inkten en coatings te bereiden, moeten componenten die elektriciteit geleiden (geleidende vulstoffen) zeer uniform in de inktbasis worden gedispergeerd. Nanodeeltjes zoals zilver, koper, CNT’s, grafeen, grafiet, andere deeltjes met een metaalcoating en nanocomposieten worden toegevoegd voor een hoge geleidbaarheid.
Ultrasone processoren genereren uiterst intense afschuifkrachten, waarmee vanderwaalskrachten en moleculaire bindingen kunnen worden overwonnen. Ultrasone dispersie is de voorkeurstechniek voor het dispergeren van nanodeeltjes, aangezien sonicatie een zeer smalle korrelgrootteverdeling, hoge deeltjesfunctionaliteiten en reproduceerbare resultaten oplevert.
Ultrasone batchreactor voor het dispergeren van nanomaterialen in geleidende inkten.
- Inkten met nanozilver
- Inkten met grafeen (met zeer hoge grafeengehalten)
- Inkten met koper (nanodraden en nanodeeltjes)
- Inkten met CNT’s
- Inkten met SWNT’s
- Inkten met nanogoud
- uiteenlopende nanocomposieten
- Inkten voor 3D-printen
- elektrisch geleidende lijmen (ECA’s)
Ultrasone dispersie van diëlektrische nanodeeltjes
Om een composiet isolerende eigenschappen te geven, moeten diëlektrische deeltjes zoals SiO2, ZnO en nanocomposieten van aluminiumoxide en epoxy, naast andere deeltjes, homogeen als afzonderlijke deeltjes in de matrix worden gedispergeerd. Ultrasoon dispergeren zorgt ervoor dat agglomeraten worden opgebroken, zodat de nanodeeltjes goed worden gedispergeerd. Een zeer smalle deeltjesverdeling is cruciaal om een betrouwbare diëlektrische functionaliteit van het materiaal te verkrijgen.
Krachtige sonicatoren van Hielscher voor nanodispersies
Krachtige ultrasone systemen zorgen voor het betrouwbaar dispergeren van nanodeeltjes – op laboratorium- en tafelmodelniveau tot op volledig industriële schaal. In vergelijking met andere leveranciers van ultrasone apparatuur kunnen ultrasone systemen van Hielscher zeer hoge amplitudes tot 200µm leveren – bij continu bedrijf, 24/7, 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 >200µm kunnen leveren en in zeer hete omgevingen kunnen worden ingebracht (bijv. voor sonicatie van metaalsmelten). De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher voldoet aan industriële normen. Al onze apparatuur is gebouwd voor 24/7-bedrijf bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de verwerkingscapaciteit bij benadering van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.v.t. | hoger | cluster van UIP16000 |
- afgestemde deeltjesgrootte
- hoge geleidbaarheid
- hoge deeltjesgehalten
- lage tot hoge viscositeiten
- procescontrole
- 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 eigenschappen van het materiaal in bulkvorm. Nanomaterialen komen in uiteenlopende vormen voor. Ze kunnen een extreem hoge aspectverhouding van 1:1.000.000 (bijv. nanobuisjes) of een perfect bolvormige vorm hebben. Naast buisjes en bollen komen nanodeeltjes voor in de vorm van staafjes, draden, whiskers, nanobloemen, vezels, vlokken en stippen.
De grootte en vorm van nanodeeltjes spelen een belangrijke rol bij de eigenschappen van de NP’s, zoals treksterkte, flexibiliteit en thermomechanische, geleidende, diëlektrische, magnetische en optische eigenschappen. Om composieten deze functionaliteiten te geven, moeten NP’s uniform in de matrix worden gedispergeerd en gemengd. Om een dergelijke dispersie van hoge kwaliteit te verkrijgen, is sonicatie de voorkeurstechniek voor het dispergeren.
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. Geleidende inkten op basis van zilver kunnen worden geformuleerd als inkten op waterbasis die geschikt zijn voor zeefdruk, flexibel zijn en bestand zijn tegen kreukvorming.
Geleidende inkten
Geleidende inkten zijn geleidende polymeren (polyaniline, polythiofeen of polypyrrolen enz.), die kunnen worden aangebracht via inkjetprinten, spincoating enz. Gangbare elektrisch geleidende inkten kunnen worden ingedeeld in drie categorieën op basis van hun geleidende componenten, die edelmetalen, geleidende polymeren of koolstofnanomaterialen kunnen zijn. Geleidende inkten hebben een breed toepassingsgebied en worden gebruikt bij de vervaardiging van elektronica, verpakkingen (PET en kunststoffolies), sensoren, antennes, RFID-tags/etiketten, aanraakschermen, OLED-displays, geprinte verwarmingselementen en vele andere producten.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethyleendioxythiofeen) poly(styreensulfonaat)] is een van de meest gebruikte geleidende polymeren, dat naast een hoge geleidbaarheid een transparant uiterlijk biedt. Door een netwerk van koolstofnanobuisjes, zilveren nanodraden en/of grafeen toe te voegen, kan de geleidbaarheid van PEDOT:PSS aanzienlijk worden verhoogd. Gemodificeerde inkten en formuleringen met PEDOT:PSS zijn beschikbaar voor verschillende coating- en drukprocessen. Inkten op waterbasis met PEDOT:PSS worden voornamelijk gebruikt bij het coaten met een sleufmatrijs, flexografie, diepdruk en inkjetprinten.
Diëlektrische inkten
Diëlektrische inkten en coatings zijn elektrisch niet-geleidend en worden gebruikt bij het zeefdrukken van elektronische printplaten om een isolerende laag aan te brengen voor de bescherming en verbetering van geleidende materialen.
Diëlektrische nanodeeltjes worden gebruikt om inkten, pasta’s en coatings een isolerend vermogen te geven.
Hielscher Ultrasonics produceert ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties van laboratoriumformaat tot industrieel formaat.