Adesivos nano-condutores para eletrônicos de alto desempenho

Dispersores ultrassônicos são usados como técnica de mistura e fresagem confiáveis na produção de adesivos de alto desempenho para eletrônicos de alto desempenho e nanoeletrônicos. Na produção de eletrônicos de alto desempenho, adesivos como adesivos nano-condutores estão em alta demanda. Esses adesivos de alto desempenho são usados, por exemplo, como interconexões alternativas e podem substituir a solda de estanho/chumbo.

Adesivos de alto desempenho para eletrônicos de alto desempenho

Adesivos nano-reforçados para aplicações em eletrônicos de alto desempenho usam muitas vezes dispersão ultrassônica para distribuição de nanopartículas.Para a produção de eletrônicos de alto desempenho, são necessários adesivos com altaadesividade metálica e condutividade térmica para desacoplamento térmico e isolamento. Nanopartículas como prata, níquel, grafeno, óxido de grafeno e nanotubos de carbono (CNTs) são frequentemente incorporadas em resinas epóxi e polímeros para obter as propriedades funcionais desejadas, como condutividade elétrica ou isolamento, condutividade de calor, resistência à tração, módulo de Young e flexibilidade. Adesivos de alto desempenho desenvolvidos para enchimentos metálicos de uso eletrônico de alto desempenho (como nanopartículas de prata, ouro, níquel ou cobre) para fornecer condutividade elétrica. Para desbloquear propriedades extraordinárias desses materiais, seu tamanho deve ser reduzido a nano-escala. Como a redução de tamanho e dispersão de nanopartículas é uma tarefa desafiadora, uma poderosa tecnologia de moagem e dispersão é fundamental para formulações adesivas bem sucedidas.

Dispersão Ultrassônica para

  • Adesivos eletricamente condutores (ECA)
  • – Adesivos isotropicamente condutores (ICA)
  • – Adesivos condutores anisotrópicos (ACA)
  • Adesivos não condutores/ isolantes eletricamente

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A dispersão ultrassônica é uma tecnologia altamente eficiente para desestruindo e desagglomerando nanopartículas. Portanto, ultrassonicadores da Hielscher Ultrasonics são amplamente utilizados na indústria para produzir nanodispersões de maior escala e suspensões nanoestrusas.

Instalação industrial de dispersores ultrassônicos (2x UIP1000hdT) para o processamento de nanopartículas e nanotubos no modo contínuo em linha.

O vídeo mostra a mistura ultrassônica e dispersão do grafite em 250mL de Resina Epóxi (Toolcraft L), utilizando um homogeneizador ultrassônico (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics faz equipamentos para dispersar grafite, grafeno, nanotubos de carbono, nanofios ou enchimentos no laboratório ou em processos de produção de alto volume. Aplicações típicas são os nanomatens e micro materiais dispersos durante o processo de funcionalização ou para dispersão em resinas ou polímeros.

Misture resina epóxi com enchimento de grafite usando homogeneizador ultrassônico UP400St (400 Watts)

A dispersão ultrassônica oferece várias vantagens quando comparada às técnicas tradicionais de mistura e fresagem. Devido à sua confiabilidade e eficácia, a sonicação foi estabelecida no processamento de nanomateriais e pode ser encontrada em qualquer indústria onde nanopartículas são sintetizadas e/ou incorporadas em líquidos. A ultrassônica é, portanto, a técnica ideal para a produção de adesivos nano-condutores que contêm nano-preenchimentos, como nanopartículas, nanofios ou nanotubos de carbono e monocamadas de grafeno (nanofolhas).
ECAs: Um exemplo proeminente é a formulação de adesivos eletricamente condutores (ECAs), que são compostos feitos de matriz polimérica e preenchimentos eletricamente condutores. Para formular um adesivo de alto desempenho para aplicações eletrônicas, uma resina polimérica (por exemplo, epóxi, silicone, poliimida) deve fornecer funcionalidades físicas e mecânicas, como aderência, força mecânica, resistência ao impacto, enquanto o enchimento metálico (por exemplo, nano-prata, nano-ouro, nano-níquel ou nano-cobre) cria uma condutividade elétrica superior. Para adesivos com propriedades isolantes, os preenchimentos à base de minerais são incorporados ao composto adesivo.

Ultra-sons dispersão resulta numa distribuição de tamanho de partícula muito estreita.

Antes e após a sonicação: A curva verde mostra o tamanho de partícula antes de sonicação, a curva vermelha é a distribuição de tamanho de partículas de sílica dispersas ultrasonicamente.

Dispersão Ultrassônica de Nanomateriais em Adesivos Viscosos

Homogeneizantes ultrassônicos são muito eficazes quando aglomerados de partículas, agregados e até partículas primárias devem ser reduzidas de forma confiável em tamanho. A vantagem dos misturadores ultrassônicos é sua capacidade de moer partículas até tamanhos de partículas menores e mais uniformes, sejam micron ou nanopartículas como resultado do processo. Enquanto outras tecnologias como misturadores de lâminas ou rotor-estator, homogeneizadores de alta pressão, moinhos de contas etc. mostram desvantagens como a incapacidade de produzir nanopartículas uniformemente pequenas, contaminação por meios de fresagem, bicos entupidos e alto consumo de energia, dispersores ultrassônicos usam o princípio de trabalho da cavitação acústica. A cavitação gerada por ultrassom tem sido demonstrada como altamente eficaz, eficiente em termos de energia e capaz de dispersar até mesmo materiais altamente viscosos, como pastas carregadas de nanopartículas.

A dispersão ultrassônica é altamente eficiente na dispersão e desagvulação de nanopartículas.

Nanopartículas PLGA. (A): Distribuição de tamanho das partículas preparadas na concentração/sonicação de polímeros de 2%/ 32W, 5%/ 32W e 2%/ 25W%; tempo de residência = 14 s. (B)(C): FOTOS SEM de partículas preparadas a partir de 2 e 5% de soluções de polímero, respectivamente. Tempo de residência = 14s; poder de sonicação = 32W. As barras representam 1 mícndo.
(Estudo e fotos: © Freitas et al., 2006)

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Ultrassonicator UP200St (200W) dispersando carbono preto na água usando 1%wt Tween80 como surfactante.

Dispersão Ultrassônica de Carbono Negro usando o ultrassônico UP200St

Como funciona a dispersão ultrassônica?

Forças de tesoura cavitacional e fluxos líquidos aceleram partículas para que colidam entre si. Isso é conhecido como colisão entre partículas. As partículas em si atuam como meio de moagem, o que evita a contaminação por meio da moagem de contas e do processo de separação subsequente, que é necessário quando as usinas convencionais de contas são usadas. Uma vez que a partícula se quebra por colisão interpartícula a velocidades muito altas de até 280m/seg, forças extraordinariamente altas se aplicam às partículas, que, portanto, quebram em frações minúsculas. Atrito e erosão dão a esses fragmentos de partículas uma superfície polida e forma uniforme. A combinação de forças de cisalhamento e colisão interpartículas dão à homogeneização e dispersão ultrassônicas a borda vantajosa que oferece suspensões coloidais altamente homogêneas e dispersões!
Outro benefício das forças de alta cisalhamento geradas pelos ultrassônicos é o efeito do afinamento de tesoura. Por exemplo, resinas epóxi ultrasonicamente preparadas cheias de CNTs oxidadas mostram comportamento de corte de tesoura. À medida que o afinamento do corte diminui temporariamente a viscosidade do fluido, o processamento de compósitos viscosos é facilitado.

Esfoliação ultrassônica de grafeno na água

Uma sequência de alta velocidade (de a f) de quadros que ilustram a esfoliação sono-mecânica de um floco de grafite na água usando o UP200S, um ultrassônico de 200W com sonotrode de 3 mm. As setas mostram o lugar da divisão (esfoliação) com bolhas de cavitação penetrando na divisão.
(Estudo e fotos: © Tyurnina et al. 2020)

Configuração de bancada ultrassônica para a preparação de nanocompactos, por exemplo, para adesivos de alto desempenho.

UIP1000hdT – Configuração de bancada ultrassônica para a preparação de nanocompactos, por exemplo, para adesivos de alto desempenho.

Neste vídeo mostramos um sistema ultrassônico de 2 kilowatts para operação inline em um gabinete purgável. A Hielscher fornece equipamentos ultrassônicos para quase todas as indústrias, como indústria química, farmacêutica, cosmética, processos petroquímicos, bem como para processos de extração à base de solventes. Este armário de aço inoxidável expurgável é projetado para operação em áreas perigosas. Para isso, o armário selado pode ser purgado pelo cliente com nitrogênio ou ar fresco para evitar que gases ou vapores inflamáveis entrem no armário.

Ultrassonicadores 2x 1000 Watts em Gabinete Purgável para Instalação em Áreas Perigosas

Vantagens da Ultrassônica Nano-Dispersing and Milling

  • nanoprocessamento eficaz: eficiente & economia de tempo
  • adaptável a formulações específicas de produtos
  • Processamento uniforme
  • as condições do processo precisamente controláveis
  • resultados reprodutíveis
  • eficiência de custos
  • operação segura
  • instalação simples, baixa manutenção
  • escala linear até qualquer volume
  • favor do meio ambiente
Mistura e dispersão ultrassônicas de alta cisalhamento é usada para incorporar nano-preenchimentos em matrizes de polímeros, por exemplo, para produção adesiva de alto desempenho

Comparação de diferentes nanofillers dispersos em endurecedor (ultrassonicação -EUA): (a) nanofibra de carbono de 0,5 wt% (CNF); b 0,5 wt% CNToxi; c Nanotubo de carbono de 0,5 wt% (CNT); d 0,5 wt% CNT semi-dispersa.
(Estudo e foto: © Zanghellini et al., 2021)

Ultrassonicadores de alta potência para formular adesivos de alto desempenho

Hielscher Ultrasonics é especialista quando se trata de equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para processamento de líquidos e chorume. Dispersores ultrassônicos permitem processar materiais altamente viscosos, como resinas altamente preenchidas e garantir a distribuição uniforme de nanomateriais dentro de compósitos.
O controle preciso sobre parâmetros de processo ultrassônico, como amplitude, entrada de energia, temperatura, pressão e tempo, permite a adaptação de adesivos na faixa de nanômetros.
Desde que sua formulação requer a dispersão de nano-enchimentos orgânicos ou inorgânicos, como nanotubos, nanocristais de celulose (CNCs), nanofibras ou nanodugas, a Hielscher Ultrasonics tem a configuração ultrassônica ideal para sua formulação adesiva.
Hielscher Ultrasonics’ processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas e são capazes de desagregar e dispersar nanomateriais mesmo com viscosidades muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente na operação 24/7.
Os ultrassonicadores hielscher são reconhecidos por sua qualidade, confiabilidade e robustez. Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e deu ênfase especial a ultrassonicadores de alto desempenho com tecnologia de ponta e simpatia pelo usuário. É claro que os ultrassonicadores hielscher são compatíveis com o CE e atendem aos requisitos de UL, CSA e RoHs.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Homogeneizadores ultrassônicos de alta cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.



Literatura / Referências


Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.