Produção ultrassónica de tintas condutoras em grande escala
- As nanopartículas uniformemente dispersas, como prata, grafeno ou CNTs, com um tamanho de partícula ajustado com precisão, são cruciais para a produção de tintas altamente condutoras.
- Os potentes dispersores ultrassónicos permitem sintetizar, desaglomerar e distribuir nanopartículas metálicas (por exemplo, Ag) e à base de carbono (por exemplo, CNTs, grafeno), bem como nanocompósitos com excelente condutividade elétrica.
- Os dispersores ultrassónicos Hielscher asseguram dispersões de elevada qualidade, sendo simultaneamente muito eficazes, fiáveis e económicos.
Dispersão ultrassónica de nanopartículas condutoras
A tinta condutora tem – como o seu nome indica – a funcionalidade de condutividade elétrica. Para preparar tintas e revestimentos condutores, os componentes que conduzem eletricidade (cargas condutoras) têm de ser dispersos de forma muito uniforme na base da tinta. Incorporam-se nanopartículas como prata, cobre, CNTs, grafeno, grafite, outras partículas revestidas de metal e nanocompósitos para obter uma elevada condutividade.
Os processadores ultrassónicos criam forças de cisalhamento extremamente intensas, que permitem superar as forças de van der Waals e as ligações moleculares. A dispersão ultrassónica é a técnica preferida para dispersar nanopartículas, uma vez que a sonicação proporciona uma distribuição granulométrica muito estreita, elevadas funcionalidades das partículas e resultados reprodutíveis.
Reator ultrassónico descontínuo para a dispersão de nanomateriais em tintas condutoras.
- Tintas de nanoprata
- Tintas de grafeno (com teores de grafeno muito elevados)
- Tintas de cobre (nanofios e nanopartículas)
- Tintas de CNTs
- Tintas de SWNTs
- Tintas de nano-ouro
- diversos nanocompósitos
- tintas para impressão 3D
- adesivos eletricamente condutores (ECAs)
Dispersão ultrassónica de nanopartículas dielétricas
Para conferir propriedades isolantes a um compósito, partículas dielétricas como SiO2, ZnO e nanocompósitos de alumina e resina epóxi, entre outras, têm de ser dispersas homogeneamente na matriz como partículas individuais. A dispersão ultrassónica assegura a desagregação dos aglomerados, para que as nanopartículas fiquem bem dispersas. Uma distribuição de partículas muito estreita é crucial para obter uma funcionalidade dielétrica fiável do material.
Sonicadores Hielscher de alta potência para nanodispersões
Os potentes sistemas ultrassónicos asseguram a dispersão fiável de nanopartículas – desde a escala laboratorial e de bancada até à escala totalmente industrial. Em comparação com outros fornecedores de equipamentos ultrassónicos, os sistemas ultrassónicos Hielscher são capazes de fornecer amplitudes muito elevadas de até 200µm – funcionando continuamente em regime 24/7 e com sonotrodos de formas simples. Se uma aplicação exigir amplitudes ainda mais elevadas e/ou temperaturas muito elevadas, a Hielscher disponibiliza sonotrodos ultrassónicos personalizados, que podem fornecer amplitudes de >200µm e ser inseridos em ambientes muito quentes (por exemplo, para a sonicação de metais fundidos). A robustez dos equipamentos ultrassónicos Hielscher cumpre as normas industriais. Todos os nossos equipamentos são concebidos para funcionar em regime 24/7, sob condições de trabalho intensivo e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:
| Volume do lote | Caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 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 | UIP4000 |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
- tamanho de partícula ajustado
- elevada condutividade
- elevados teores de partículas
- viscosidades baixas a elevadas
- controlo do processo
- processamento fácil
- rápida
- económica
Processador ultrassónico industrial UIP16000 (16kW) para a produção de tintas condutoras
Bibliografia / Referências
- 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.
Informações úteis
Nanopartículas eletricamente condutoras
As nanopartículas (NPs) apresentam características únicas do material, que podem diferir drasticamente das características do material maciço. Os nanomateriais apresentam formas diversas. Podem ter uma relação de aspeto extremamente elevada de 1:1 000 000 (por exemplo, nanotubos) ou uma forma perfeitamente esférica. Além de tubos e esferas, as nanopartículas apresentam-se sob a forma de bastonetes, fios, filamentos cristalinos, nanoflores, fibras, flocos e pontos.
O tamanho e a forma das nanopartículas desempenham um papel importante nas propriedades das NPs, como a resistência à tração, a flexibilidade e as propriedades termomecânicas, condutoras, dielétricas, magnéticas e óticas. Para conferir essas funcionalidades aos compósitos, as NPs têm de ser dispersas e misturadas uniformemente na matriz. Para obter uma dispersão de tão elevada qualidade, a sonicação é a técnica de dispersão preferida.
As nanopartículas eletricamente condutoras são amplamente utilizadas para conferir às tintas e aos revestimentos a capacidade de conduzir eletricidade. A nanoprata (nano-Ag) é uma das nanocargas mais utilizadas em tintas condutoras. As tintas condutoras à base de prata podem ser formuladas como tintas à base de água e adequadas para impressão serigráfica, que são flexíveis e resistentes a vincos.
Tintas condutoras
As tintas condutoras são polímeros condutores (polianilina, politiofeno ou polipirróis, etc.), que podem ser depositados por impressão a jato de tinta, revestimento por centrifugação, etc. As tintas eletrocondutoras comuns podem ser classificadas em três categorias de acordo com os seus componentes condutores, que podem ser metais nobres, polímeros condutores ou nanomateriais de carbono. As tintas condutoras têm uma vasta gama de aplicações e são utilizadas no fabrico de produtos eletrónicos, embalagens (PET e películas de plástico), sensores, antenas, etiquetas/rótulos RFID, ecrãs táteis, ecrãs OLED, aquecedores impressos e muitos outros.
O PEDOT:PSS [poli(3,4-etilenodioxitiofeno) poli(estirenossulfonato)] é um dos polímeros condutores mais utilizados, oferecendo, além da sua elevada condutividade, uma aparência transparente. A adição de uma rede de nanotubos de carbono, nanofios de prata e/ou grafeno pode aumentar significativamente a condutividade do PEDOT:PSS. Estão disponíveis tintas e formulações de PEDOT:PSS modificado para diferentes processos de revestimento e impressão. As tintas de PEDOT:PSS à base de água são utilizadas principalmente no revestimento por matriz de fenda, na flexografia, na rotogravura e na impressão a jato de tinta.
Tintas dielétricas
As tintas e os revestimentos dielétricos não conduzem eletricidade e são utilizados na impressão serigráfica de placas de circuitos eletrónicos para criar uma camada isolante destinada à proteção e melhoria dos materiais condutores.
As nanopartículas dielétricas são utilizadas para conferir uma capacidade isolante às tintas, pastas e revestimentos.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassónicos de alto desempenho, desde a escala laboratorial até à escala industrial.