Adezivi nanoconductivi pentru electronică 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 nano-electronică. În producția de electronice de înaltă performanță, adezivii, cum ar fi adezivii nanoconductivi, sunt la mare căutare. Astfel de adezivi de înaltă performanță sunt utilizați, de exemplu, ca interconectări alternative și pot înlocui lipirea staniului/plumbului.

Adezivi de înaltă performanță pentru electronică de înaltă performanță

Pentru producția de electronice de înaltă performanță, sunt necesari adezivi cu adezivitate metalică ridicată și conductivitate termică pentru decuplarea și izolarea căldurii. Nanoparticulele, cum ar fi argintul, nichelul, grafenul, oxidul de grafen și nanotuburile de carbon (CNTs) sunt frecvent încorporate în rășini epoxidice și polimeri pentru a obține proprietățile funcționale dorite, cum ar fi conductivitatea sau izolarea electrică, conductivitatea termică, rezistența la tracțiune, modulul young și flexibilitatea. Adezivi de înaltă performanță dezvoltați pentru umpluturi electronice de înaltă performanță utilizează materiale de umplutură din metal (cum ar fi nanoparticulele de argint, aur, nichel sau cupru) pentru a oferi conductivitate electrică. Pentru a debloca proprietăți extraordinare ale acestor materiale, dimensiunea lor trebuie redusă la scară nano. Deoarece reducerea dimensiunii și dispersia nanoparticulelor este o sarcină dificilă, o tehnologie puternică de frezare și dispersie este esențială pentru formulări adezive de succes.

Dispersia cu ultrasunete oferă diverse avantaje în comparație cu tehnicile tradiționale de amestecare și frezare. Datorită fiabilității și eficacității sale, Sonicare a fost stabilit în prelucrarea nanomaterialelor și pot fi găsite în orice industrie în cazul în care nano-particulele sunt sintetizate și / sau încorporate în lichide. Ultrasonication este, prin urmare, tehnica ideală pentru producția de adezivi nano-conductivi care conțin nano-materiale de umplutură, cum ar fi nanoparticule, nanofire, sau nanotuburi de carbon și monostraturi grafen (nanosheets).
Curtea de Conturi Europeană: Un exemplu proeminent este formularea adezivilor conductivi electrici (ECA), care sunt compozite realizate dintr-o matrice polimerică și umpluturi conductoare electric. Pentru a formula un adeziv de înaltă performanță pentru aplicații electronice, o rășină polimerică (de exemplu, epoxidică, siliconică, poliimidă) trebuie să furnizeze 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 o conductivitate electrică superioară. Pentru adezivii cu proprietăți izolante, materialele de umplutură pe bază de minerale sunt încorporate în compozitul adeziv.

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

Dispersia cu ultrasunete a nanomaterialelor în adezivi vâscoși

Omogenizatoare cu ultrasunete sunt foarte eficiente 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 particulele până la dimensiuni mai mici și mai uniforme ale particulelor, indiferent dacă microni- sau nanoparticule sunt vizate ca rezultat al procesului. În timp ce alte tehnologii, cum ar fi mixere 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 folosesc principiul de lucru al cavitației acustice. Cavitația generată cu ultrasunete a fost demonstrată ca fiind extrem de eficace, eficientă din punct de vedere energetic și capabilă să disperseze chiar și materiale foarte vâscoase, cum ar fi pastele încărcate cu nanoparticule.

Cum funcționează dispersia 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 interparticulă. Particulele în sine acționează ca mediu de frezare, ceea ce evită contaminarea prin măcinarea margelelor și procesul de separare ulterioară, care este necesar atunci când se utilizează mori convenționale de mărgele. Deoarece particula se sparge prin coliziune interparticulă la viteze foarte mari de până la 280m/sec, se aplică forțe extraordinar de mari particulelor, care, prin urmare, se sparg în fracții minute. Frecarea și eroziunea dau acestor fragmente de particule o suprafață lustruită și o formă uniformă. Combinația forțelor de forfecare și coliziunea interparticulelor oferă omogenizare și dispersie cu ultrasunete marginea avantajoasă oferind suspensii și dispersii coloidale foarte omogene!
Un alt beneficiu al forțelor de forfecare ridicate generate de ultrasonics este efectul de forfecare-subțiere. De exemplu, rășini epoxidice preparate ultrasonically umplute cu CNTs oxidat arată comportamentul de forfecare-subțiere. Pe măsură ce subțierea forfecării 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 sonotrode de 3 mm. Săgețile arată locul despicării (exfolierea) cu bule de cavitație care penetrează despicarea.
(Studiu și imagini: © Tyurnina et al. 2020)

Compararea diferitelor nanofibre dispersate în întăritor (ultrasonication-US): (a) 0,5 wt% nanofibră de carbon (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% nanotub de carbon (CNT); (d) 0,5 wt% CNT semi-dispersat.
(Studiu și imagine: © Zanghellini et al., 2021)

Ultrasonicators de mare putere pentru formularea adezivi de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics este specialist atunci când vine vorba de echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru prelucrarea lichidă și dejecțiilor lichide. Dispersoarele cu ultrasunete permit prelucrarea materialelor foarte vâscoase, cum ar fi rășinile foarte umplute și asigură distribuția uniformă a nanomaterialelor în compozite.
Controlul precis asupra parametrilor de proces cu ultrasunete, cum ar fi amplitudinea, aportul de energie, temperatura, presiunea și timpul permit personalizarea adezivilor în gama nanometrică.
Wether formularea necesită dispersia de nano-umpluturi organice sau anorganice, cum ar fi nanotuburi, nano-cristale de celuloză (CNCs), nanofibre, sau nano-metale, Hielscher Ultrasonics are configurația cu ultrasunete ideală pentru formularea adezivă.
Hielscher Ultrasonics’ procesoare cu ultrasunete industriale pot livra amplitudini foarte mari și sunt capabile să deaglomereze și să disperseze nanomateriale chiar și la vâscozități foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi rulate cu ușurință continuu în funcționare 24/7.
Hielscher ultrasonicators sunt recunoscute pentru calitatea lor, fiabilitate și robustețe. Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și a pus un accent special pe ultrasonicators de înaltă performanță featuring tehnologie de ultimă oră și ușurința în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme cu CE și îndeplinesc cerințele ul, CSA și RoHs.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: