Adezivi nanoconductori pentru electronice de înaltă performanță

Dispersoarele cu ultrasunete sunt utilizate ca tehnică fiabilă de amestecare și frezare în producția de adezivi de înaltă performanță pentru electronică de înaltă performanță și nanoelectronică. În producția de electronice de înaltă performanță, adezivii, cum ar fi adezivii nanoconductori, sunt foarte solicitați. Astfel de adezivi de înaltă performanță sunt utilizați, de exemplu, ca interconexiuni alternative și pot înlocui lipirea cu staniu/plumb.

Adezivi de înaltă performanță pentru electronice de înaltă performanță

Pentru producția de electronice de înaltă performanță, sunt necesari adezivi cu aderență ridicată la metal și conductivitate termică pentru decuplarea și izolarea căldurii. Nanoparticulele precum argintul, nichelul, grafenul, oxidul de grafen și nanotuburile de carbon (CNT) sunt frecvent încorporate în rășini epoxidice și polimeri pentru a obține proprietățile funcționale dorite, cum ar fi conductivitatea electrică sau izolația, conductivitatea termică, rezistența la tracțiune, modulul Young și flexibilitatea. Adezivi de înaltă performanță dezvoltați pentru materiale de umplutură metalice de înaltă performanță (cum ar fi nanoparticule de argint, aur, nichel sau cupru) pentru a asigura conductivitatea electrică. Pentru a debloca proprietățile extraordinare ale acestor materiale, dimensiunea lor trebuie redusă la scară nanometrică. Deoarece reducerea dimensiunii și dispersia nanoparticulelor este o sarcină dificilă, o tehnologie puternică de măcinare și dispersare este esențială pentru formulări adezive de succes.

Dispersarea cu ultrasunete oferă diverse avantaje în comparație cu tehnicile tradiționale de amestecare și frezare. Datorită fiabilității și eficacității sale, sonicare a fost stabilită în prelucrarea nanomaterialelor și poate fi găsită în orice industrie în care nanoparticulele sunt sintetizate și / sau încorporate în lichide. Ultrasonication este, prin urmare, tehnica ideală pentru producerea de adezivi nano-conductivi care conțin nano-umpluturi, ar fi nanoparticule, nanofire, sau nanotuburi de carbon și monostraturi de grafen (nanosheets).
ACE: Un exemplu proeminent este formularea adezivilor conductivi electric (ECA), care sunt compozite realizate dintr-o matrice polimerică și umpluturi conductive electric. Pentru a formula un adeziv de înaltă performanță pentru aplicații electronice, o rășină polimerică (de exemplu, epoxidică, siliconică, poliimidă) trebuie să ofere funcționalități fizice și mecanice, cum ar fi aderența, rezistența mecanică, rezistența la impact, în timp ce umplutura metalică (de exemplu, nano-argint, nano-aur, nano-nichel sau nano-cupru) creează conductivitate electrică superioară. Pentru adezivii cu proprietăți izolatoare, materialele de umplutură pe bază de minerale sunt încorporate în compozitul adeziv.

Înainte și după sonicare: Curba verde arată dimensiunea particulelor înainte de sonicare, curba roșie este distribuția dimensiunii particulelor de silice dispersate ultrasonically.

Dispersia cu ultrasunete a nanomaterialelor în adezivi vâscoși

Omogenizatoare cu ultrasunete sunt foarte eficace atunci când aglomerate de particule, agregate și chiar particule primare trebuie să fie reduse în mod fiabil în dimensiune. Avantajul mixerelor cu ultrasunete este capacitatea lor de a freza particule până la dimensiuni mai mici și mai uniforme ale particulelor, indiferent dacă micronii sau nanoparticulele sunt vizate ca rezultat al procesului. În timp ce alte tehnologii, ar fi mixerele cu lamă sau rotor-stator, omogenizatoare de înaltă presiune, mori de mărgele etc. prezintă dezavantaje, cum ar fi incapacitatea de a produce nanoparticule uniform mici, contaminarea cu medii de frezare, duze înfundate și consum ridicat de energie, dispersoarele cu ultrasunete utilizează principiul de lucru al cavitației acustice. Cavitația generată de ultrasunete a fost demonstrată ca fiind extrem de eficientă, eficientă din punct de vedere energetic și capabilă să disperseze chiar și materiale foarte vâscoase, cum ar fi pastele încărcate cu nanoparticule.

Cum funcționează dispersarea cu ultrasunete?

Forțele de forfecare cavitaționale și fluxurile lichide accelerează particulele astfel încât acestea să se ciocnească între ele. Acest lucru este cunoscut sub numele de coliziune interparticule. Particulele în sine acționează ca mediu de frezare, care evită contaminarea prin măcinarea mărgelelor și procesul de separare ulterior, care este necesar atunci când se utilizează mori convenționale de mărgele. Deoarece particula se sparge prin coliziunea interparticulelor la viteze foarte mari de până la 280 m / sec, forțe extraordinar de mari se aplică particulelor, care, prin urmare, se rup în fracțiuni minuscule. Fricțiunea și eroziunea conferă acestor fragmente de particule o suprafață lustruită și o formă uniformă. Combinația dintre forțele de forfecare și coliziunea interparticulelor conferă omogenizării și dispersiei cu ultrasunete avantajul avantajos, oferind suspensii și dispersii coloidale foarte omogene!
Un alt beneficiu al forțelor de forfecare ridicate generate de ultrasunete este efectul de forfecare-subțiere. De exemplu, rășini epoxidice preparate ultrasonically umplute cu CNT oxidate arată comportament de forfecare-subțiere. Deoarece subțierea prin forfecare scade temporar vâscozitatea fluidului, prelucrarea compozitelor vâscoase este facilitată.

O secvență de mare viteză (de la a la f) de cadre care ilustrează exfolierea sono-mecanică a unui fulg de grafit în apă folosind UP200S, un ultrasonicator de 200W cu sonotrodă de 3 mm. Săgețile arată locul de despicare (exfoliere) cu bule de cavitație care penetrează despicarea.
(Studiu și imagini: © Tyurnina et al. 2020)

Compararea diferitelor nanofillere dispersate în întăritor (ultrasonication-SUA): (a) 0,5 wt% nanofibră de carbon (CNF); (b) 0,5 % în greutate CNToxi; (c) 0,5 % în greutate nanotub de carbon (CNT); (d) 0,5% în greutate CNT semidispersat.
(Studiu și imagine: © Zanghellini și colab., 2021)

Ultrasonicators de mare putere pentru formularea adezivilor de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics este specialist atunci când vine vorba de echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru prelucrarea lichidelor și a suspensiei. Dispersoarele cu ultrasunete permit prelucrarea materialelor foarte vâscoase, ar fi rășinile foarte umplute și asigură distribuția uniformă a nanomaterialelor în compozite.
Controlul precis asupra parametrilor procesului cu ultrasunete, ar fi amplitudinea, aportul de energie, temperatura, presiunea și timpul permit adaptarea adezivilor în domeniul nanometric.
Wether formularea necesită dispersia nano-umpluturi organice sau anorganice, ar fi nanotuburi, nano-cristale de celuloză (CNC), nanofibre, sau nano-metale, Hielscher Ultrasonics are configurația ideală cu ultrasunete pentru formularea adezivă.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari și sunt capabile să dezaglomereze și să disperseze nanomaterialele chiar și la vâscozități foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7.
Hielscher ultrasonicators sunt recunoscute pentru calitatea lor, fiabilitate și robustețe. Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicators de înaltă performanță cu tehnologie de ultimă oră și ușurință în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: