Adesivos nanocondutores para eletrônicos de alto desempenho
Os dispersores ultrassônicos são usados como técnica confiável de mistura e moagem na produção de adesivos de alto desempenho para eletrônicos de alto desempenho e nanoeletrônicos. Na produção de eletrônicos de alto desempenho, adesivos como adesivos nanocondutores 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
Para a produção de eletrônicos de alto desempenho, são necessários adesivos com alta adesividade do metal 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 térmica, resistência à tração, módulo de Young e flexibilidade. Adesivos de alto desempenho desenvolvidos para cargas metálicas 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 à escala nanométrica. 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.
- Adesivos eletricamente condutores (ECA)
- – Adesivos isotropicamente condutores (ICA)
- – Adesivos condutores anisotrópicos (ACA)
- Adesivos não condutores / eletricamente isolantes

Instalação industrial de dispersores ultrassônicos (2x UIP1000hdT) para o processamento de nanopartículas e nanotubos em modo contínuo em linha.
A dispersão ultrassônica oferece várias vantagens quando comparada às técnicas tradicionais de mistura e moagem. Devido à sua confiabilidade e eficácia, a sonicação foi estabelecida no processamento de nanomateriais e pode ser encontrada em qualquer indústria onde as nanopartículas são sintetizadas e/ou incorporadas em líquidos. A ultrassonografia é, portanto, a técnica ideal para a produção de adesivos nanocondutores que contêm nanocargas, 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 compósitos feitos de uma matriz polimérica e cargas eletricamente condutoras. 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 adesão, resistência mecânica, resistência ao impacto, enquanto o enchimento de metal (por exemplo, nano-prata, nano-ouro, nano-níquel ou nano-cobre) cria condutividade elétrica superior. Para adesivos com propriedades isolantes, cargas à base de minerais são incorporadas ao composto adesivo.

Antes e depois da sonicação: A curva verde mostra o tamanho da partícula antes da sonicação, a curva vermelha é a distribuição do tamanho da partícula da sílica dispersa por ultrassom.
Dispersão ultrassônica de nanomateriais em adesivos viscosos
Os homogeneizadores ultrassônicos são muito eficazes quando aglomerados de partículas, agregados e até partículas primárias devem ser reduzidos de forma confiável em tamanho. A vantagem dos misturadores ultrassônicos é sua capacidade de moer partículas em tamanhos de partículas menores e mais uniformes, sejam micropartículas ou nanopartículas direcionadas como resultado do processo. Enquanto outras tecnologias, como misturadores de lâmina ou rotor-estator, homogeneizadores de alta pressão, moinhos de esferas, etc., apresentam desvantagens, como incapacidade de produzir nanopartículas uniformemente pequenas, contaminação por meios de moagem, bicos entupidos e alto consumo de energia, os dispersores ultrassônicos usam o princípio de funcionamento da cavitação acústica. A cavitação gerada por ultrassom demonstrou ser altamente eficaz, eficiente em termos de energia e capaz de dispersar até mesmo materiais altamente viscosos, como pastas carregadas com nanopartículas.

Nanopartículas de PLGA. (A): Distribuição de tamanho de partículas preparadas em concentração de polímero / potência de sonicação de 2% / 32W, 5% / 32W e 2% / 25W%; tempo de residência = 14 s. (B),(C): Imagens de MEV de partículas preparadas a partir de soluções poliméricas a 2 e 5%, respectivamente. Tempo de residência = 14s; potência de sonicação = 32W. As barras representam 1 mícron.
(Estudo e fotos: © Freitas et al., 2006)
Como funciona a dispersão ultrassônica?
As forças de cisalhamento cavitacionais e os fluxos de líquido aceleram as partículas para que colidam umas com as outras. Isso é conhecido como colisão entre partículas. As próprias partículas atuam como meio de moagem, o que evita a contaminação por esferas de moagem e o subsequente processo de separação, que é necessário quando são usados moinhos de esferas convencionais. Como a partícula se estilhaça por colisão entre partículas em velocidades muito altas de até 280 m/s, forças extraordinariamente altas se aplicam às partículas, que, portanto, se dividem em frações minúsculas. O atrito e a erosão dão a esses fragmentos de partículas uma superfície polida e uma forma uniforme. A combinação de forças de cisalhamento e colisão entre partículas dá homogeneização e dispersão ultrassônica a borda vantajosa, proporcionando suspensões e dispersões coloidais altamente homogêneas!
Outro benefício das forças de alto cisalhamento geradas pelo ultrassom é o efeito do afinamento por cisalhamento. Por exemplo, resinas epóxi preparadas por ultrassom preenchidas com CNTs oxidados mostram comportamento de afinamento por cisalhamento. Como o afinamento por cisalhamento reduz temporariamente a viscosidade do fluido, o processamento de compósitos viscosos é facilitado.

Uma sequência de alta velocidade (de a a f) de quadros ilustrando a esfoliação sonomecânica de um floco de grafite em água usando o UP200S, um ultrassônico de 200 W com sonotrodo de 3 mm. As setas mostram o local da divisão (esfoliação) com bolhas de cavitação penetrando na divisão.
(Estudo e fotos: © Tyurnina et al. 2020)

UIP1000hdT – Configuração ultrassônica de bancada para a preparação de nanocompósitos, por exemplo, para adesivos de alto desempenho.
- nanoprocessamento eficaz: eficiente & economia de tempo
- Adaptável a formulações de produtos específicos
- processamento uniforme
- condições de processo precisamente controláveis
- Resultados reprodutíveis
- Custo-benefício
- Operação segura
- Instalação simples, baixa manutenção
- Escalonamento linear para qualquer volume
- Ambientalmente amigável

Comparação de diferentes nanocargas dispersas em endurecedor (ultrassom - EUA): (a) 0,5% em peso de nanofibra de carbono (CNF); (b) 0,5% em peso de CNToxi; (c) 0,5% em peso de nanotubo de carbono (CNT); (d) 0,5% em peso de CNT semi-disperso.
(Estudo e imagem: © Zanghellini et al., 2021)
Ultrassônicos de alta potência para formulação de adesivos de alto desempenho
A Hielscher Ultrasonics é especialista quando se trata de equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para processamento de líquidos e pastas. Os dispersores ultrassônicos permitem processar materiais altamente viscosos, como resinas altamente preenchidas, e garantem a distribuição uniforme de nanomateriais dentro dos compósitos.
O controle preciso sobre os parâmetros do processo ultrassônico, como amplitude, entrada de energia, temperatura, pressão e tempo, permite a adaptação de adesivos na faixa nanométrica.
Se sua formulação requer a dispersão de nano-cargas orgânicas ou inorgânicas, como nanotubos, nanocristais de celulose (CNCs), nanofibras ou nanometais, a Hielscher Ultrasonics tem a configuração ultrassônica ideal para sua formulação adesiva.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas e são capazes de desaglomerar e dispersar nanomateriais, mesmo em viscosidades muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Os ultrassônicos Hielscher são reconhecidos por sua qualidade, confiabilidade e robustez. A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá ênfase especial aos ultrassônicos de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de uso. Obviamente, os ultrassônicos Hielscher são compatíveis com CE e atendem aos requisitos da UL, CSA e RoHs.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:
Volume do lote | Vazão | Dispositivos recomendados |
---|---|---|
1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
n.a. | maior | cluster de UIP16000 |
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Literatura / Referências
- Zanghellini, B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Aradhana, Ruchi; Mohanty, Smita; Nayak, Sanjay (2019): High performance electrically conductive epoxy/reduced graphene oxide adhesives for electronics packaging applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 30(4), 2019.
- A. Montazeri, M. Chitsazzadeh (2014): Effect of sonication parameters on the mechanical properties of multi-walled carbon nanotube/epoxy composites. Materials & Design Vol. 56, 2014. 500-508.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de labrador Para tamanho industrial.