Ultradźwiękowa produkcja atramentów przewodzących na dużą skalę
- Równomiernie zdyspergowane nanocząstki, takie jak srebro, grafen lub CNT, o precyzyjnie dobranej wielkości mają kluczowe znaczenie dla produkcji atramentów o wysokiej przewodności.
- Dyspergatory ultradźwiękowe o dużej mocy umożliwiają syntezę, deaglomerację i rozprowadzanie nanocząstek metalicznych (np. Ag), nanocząstek na bazie węgla (np. CNT, grafenu), a także nanokompozytów o doskonałej przewodności elektrycznej.
- Dyspergatory ultradźwiękowe Hielscher zapewniają wysokiej jakości dyspersje, a jednocześnie są bardzo skuteczne, niezawodne i ekonomiczne.
Ultradźwiękowa dyspersja nanocząstek przewodzących
Atrament przewodzący ma – jak wskazuje jego nazwa – zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Aby przygotować atramenty i powłoki przewodzące, składniki przewodzące prąd elektryczny (wypełniacze przewodzące) muszą być bardzo równomiernie zdyspergowane w bazie atramentu. Nanocząstki, takie jak srebro, miedź, CNT, grafen, grafit, inne cząstki powlekane metalem oraz nanokompozyty, są wprowadzane w celu uzyskania wysokiej przewodności.
Procesory ultradźwiękowe wytwarzają niezwykle intensywne siły ścinania, które mogą przezwyciężyć siły van der Waalsa i wiązania molekularne. Dyspersja ultradźwiękowa jest preferowaną techniką dyspergowania nanocząstek, ponieważ sonikacja zapewnia bardzo wąski rozkład wielkości ziaren, wysoką funkcjonalność cząstek i powtarzalne wyniki.
Ultradźwiękowy reaktor okresowy do dyspergowania nanomateriałów w atramentach przewodzących.
- atramentów z nanosrebrem
- atramentów grafenowych (o bardzo wysokiej zawartości grafenu)
- atramentów miedzianych (nanodruty i nanocząstki)
- atramentów z CNT
- atramentów z SWNT
- atramentów z nanozłotem
- różnorodnych nanokompozytów
- atramentów do druku 3D
- klejów przewodzących prąd elektryczny (ECA)
Ultradźwiękowa dyspersja nanocząstek dielektrycznych
Aby nadać kompozytowi właściwości izolacyjne, cząstki dielektryczne, takie jak między innymi SiO2, ZnO i nanokompozyty tlenek glinu–żywica epoksydowa, muszą być jednorodnie zdyspergowane w osnowie w postaci pojedynczych cząstek. Dyspergowanie ultradźwiękowe zapewnia rozbijanie aglomeratów, dzięki czemu nanocząstki są dobrze zdyspergowane. Bardzo wąski rozkład cząstek ma kluczowe znaczenie dla uzyskania niezawodnych właściwości dielektrycznych materiału.
Sonikatory Hielscher o dużej mocy do nanodyspersji
Systemy ultradźwiękowe o dużej mocy zapewniają niezawodne dyspergowanie nanocząstek – od skali laboratoryjnej i urządzeń stołowych aż po pełną skalę przemysłową. W porównaniu z urządzeniami innych dostawców ultradźwięków systemy ultradźwiękowe Hielscher mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy do 200µm – przy ciągłej pracy w trybie 24/7 i z zastosowaniem sonotrod o prostych kształtach. Jeśli zastosowanie wymaga jeszcze wyższych amplitud i/lub bardzo wysokich temperatur, Hielscher oferuje sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do indywidualnych wymagań, które mogą zapewniać amplitudy >200µm i być wprowadzane do środowisk o bardzo wysokiej temperaturze (np. do sonikacji stopionych metali). Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher spełnia standardy przemysłowe. Wszystkie nasze urządzenia są przystosowane do pracy w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| nie dotyczy | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| nie dotyczy | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
- dobrana wielkość cząstek
- wysoka przewodność
- wysoka zawartość cząstek
- lepkości od niskich do wysokich
- kontrola procesu
- łatwe przetwarzanie
- szybkość
- ekonomiczność
Przemysłowy procesor ultradźwiękowy UIP16000 (16kW) do produkcji atramentów przewodzących
Literatura / Źródła
- 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.
Warto wiedzieć
Nanocząstki przewodzące prąd elektryczny
Nanocząstki (NP) mają unikalne właściwości materiałowe, które mogą drastycznie różnić się od właściwości materiału w postaci litej. Nanomateriały występują w różnorodnych kształtach. Mogą mieć niezwykle wysoki stosunek wymiarów wynoszący 1:1 000 000 (np. nanorurki) lub idealnie kulisty kształt. Oprócz rurek i kul nanocząstki przyjmują postać prętów, drutów, wiskerów, nanokwiatów, włókien, płatków i kropek.
Wielkość i kształt nanocząstek odgrywają istotną rolę w odniesieniu do ich właściwości, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, elastyczność oraz właściwości termomechaniczne, przewodzące, dielektryczne, magnetyczne i optyczne. Aby nadać kompozytom te funkcjonalności, nanocząstki muszą być równomiernie zdyspergowane i wymieszane w osnowie. Aby uzyskać dyspersję o tak wysokiej jakości, preferowaną techniką dyspergowania jest sonikacja.
Nanocząstki przewodzące prąd elektryczny są powszechnie stosowane do nadawania atramentom i powłokom zdolności przewodzenia prądu elektrycznego. Nanosrebro (nano-Ag) jest jednym z najczęściej stosowanych nanowypełniaczy w atramentach przewodzących. Atramenty przewodzące na bazie srebra można opracowywać jako atramenty na bazie wody, nadające się do sitodruku, które są elastyczne i odporne na zagniecenia.
Atramenty przewodzące
Atramenty przewodzące to polimery przewodzące (polianilina, politiofen lub polipirole itp.), które można nanosić za pomocą druku atramentowego, powlekania obrotowego itp. Typowe atramenty przewodzące prąd elektryczny można podzielić na trzy kategorie według ich składników przewodzących, którymi mogą być metale szlachetne, polimery przewodzące lub nanomateriały węglowe. Atramenty przewodzące mają szeroki zakres zastosowań i są wykorzystywane w produkcji elektroniki, opakowań (PET i folii z tworzyw sztucznych), czujników, anten, znaczników/etykiet RFID, ekranów dotykowych, wyświetlaczy OLED, drukowanych elementów grzejnych i wielu innych produktów.
PEDOT:PSS [poli(3,4-etylenodioksytiofen) poli(styrenosulfonian)] jest jednym z najczęściej stosowanych polimerów przewodzących, który oprócz wysokiej przewodności zapewnia przezroczystość. Dodanie sieci nanorurek węglowych, nanodrutów srebra i/lub grafenu może znacznie zwiększyć przewodność PEDOT:PSS. Zmodyfikowane atramenty i formulacje PEDOT:PSS są dostępne do różnych procesów powlekania i drukowania. Atramenty PEDOT:PSS na bazie wody są stosowane głównie w powlekaniu za pomocą głowicy szczelinowej, fleksografii, rotograwiurze i druku atramentowym.
Atramenty dielektryczne
Atramenty i powłoki dielektryczne nie przewodzą prądu elektrycznego i są stosowane w sitodruku elektronicznych płytek obwodów w celu utworzenia warstwy izolacyjnej służącej ochronie i poprawie właściwości materiałów przewodzących.
Nanocząstki dielektryczne są stosowane do nadawania atramentom, pastom i powłokom właściwości izolacyjnych.
Hielscher Ultrasonics produkuje homogenizatory ultradźwiękowe o wysokiej wydajności w rozmiarach od laboratoryjnych do przemysłowych.