Producția cu ultrasunete a cernelurilor conductive la scară largă
- Nanoparticulele dispersate uniform, precum argintul, grafenul sau CNT-urile, cu o dimensiune a particulelor adaptată cu precizie, sunt esențiale pentru producția de cerneluri înalt conductive.
- Dispersoarele cu ultrasunete puternice permit sintetizarea, dezaglomerarea și distribuirea nanoparticulelor metalice (de ex. Ag) și pe bază de carbon (de ex. CNT-uri, grafen), precum și a nanocompozitelor cu o conductivitate electrică excelentă.
- Dispersoarele cu ultrasunete Hielscher asigură dispersii de înaltă calitate, fiind în același timp foarte eficiente, fiabile și rentabile.
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor conductive
Cerneala conductivă are – după cum o indică și numele – funcționalitatea conductivității electrice. Pentru a prepara cerneluri și acoperiri conductive, componentele care conduc electricitatea (materiale de umplutură conductive) trebuie dispersate foarte uniform în baza cernelii. Nanoparticule precum argintul, cuprul, CNT-urile, grafenul, grafitul, alte particule acoperite cu metal și nanocompozitele sunt încorporate pentru o conductivitate ridicată.
Procesoarele cu ultrasunete generează forțe de forfecare extrem de intense, prin care pot fi învinse forțele van der Waals și legăturile moleculare. Dispersia cu ultrasunete este tehnica preferată pentru dispersarea nanoparticulelor, deoarece sonicarea asigură o distribuție foarte îngustă a dimensiunii granulelor, funcționalități ridicate ale particulelor și rezultate reproductibile.
Reactor discontinuu (batch) cu ultrasunete pentru dispersia nanomaterialelor în cerneluri conductive.
- Cerneluri cu nanoargint
- Cerneluri cu grafen (cu încărcări foarte mari de grafen)
- Cerneluri cu cupru (nanofire și nanoparticule)
- Cerneluri cu CNT
- Cerneluri cu SWNT
- Cerneluri cu nanoaur
- nanocompozite diverse
- cerneluri imprimabile 3D
- adezivi conductivi electric (ECA)
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor dielectrice
Pentru a conferi proprietăți izolatoare unui compozit, particulele dielectrice precum SiO2, ZnO, nanocompozitele alumină-epoxi, printre altele, trebuie dispersate omogen, sub formă de particule individuale, în matrice. Dispersarea cu ultrasunete asigură spargerea aglomeratelor, astfel încât nanoparticulele să fie bine dispersate. O distribuție foarte îngustă a particulelor este esențială pentru a obține o funcționalitate dielectrică fiabilă a materialului.
Ultrasonicatoare Hielscher de mare putere pentru nanodispersii
Sistemele cu ultrasunete puternice asigură dispersia fiabilă a nanoparticulelor – de la nivel de laborator și de banc de lucru până la scară complet industrială. În comparație cu alți furnizori de echipamente cu ultrasunete, sistemele cu ultrasunete Hielscher sunt capabile să furnizeze amplitudini foarte mari, de până la 200µm – în funcționare continuă 24/7 și cu forme simple de sonotrodă. Dacă o aplicație necesită amplitudini și mai mari și/sau temperaturi foarte ridicate, Hielscher oferă sonotrode ultrasonice personalizate, care pot furniza amplitudini de >200µm și pot fi introduse în medii foarte fierbinți (de ex. pentru sonicarea metalelor topite). Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher îndeplinește standardele industriale. Toate echipamentele noastre sunt construite pentru funcționare 24/7 în regim intens și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
- dimensiune adaptată a particulelor
- conductivitate ridicată
- încărcări mari de particule
- vâscozități scăzute până la ridicate
- controlul procesului
- procesare ușoară
- rapid
- rentabil
Procesor industrial cu ultrasunete UIP16000 (16kW) pentru producția de cerneluri conductive
Literatură / Referințe
- 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.
Informații utile
Nanoparticule conductive electric
Nanoparticulele (NP) oferă caracteristici unice ale materialelor, care pot diferi drastic de caracteristicile materialului în stare masivă. Nanomaterialele se prezintă sub forme diverse. Ele pot avea un raport de aspect extrem de ridicat, de 1:1.000.000 (de ex. nanotuburile), sau o formă perfect sferică. Pe lângă tuburi și sfere, nanoparticulele au forma de tije, fire, whiskers (filamente monocristaline), nanoflori, fibre, fulgi și puncte.
Dimensiunea și forma nanoparticulelor joacă un rol important în ceea ce privește proprietățile NP, precum rezistența la tracțiune, flexibilitatea, proprietățile termomecanice, conductive, dielectrice, magnetice și optice. Pentru a conferi aceste funcționalități compozitelor, NP trebuie dispersate și amestecate uniform în matrice. Pentru a obține o astfel de dispersie de înaltă calitate, ultrasonicarea este tehnica de dispersare preferată.
Nanoparticulele conductive electric sunt utilizate pe scară largă pentru a conferi cernelurilor și acoperirilor capacitatea de conducție electrică. Nanoargintul (nano-Ag) este unul dintre cele mai utilizate nanomateriale de umplutură în cernelurile conductive. Cernelurile conductive pe bază de argint pot fi formulate ca cerneluri pe bază de apă și imprimabile prin serigrafie, care sunt flexibile și rezistente la pliere.
Cerneluri conductive
Cernelurile conductive sunt polimeri conductivi (polianilină, politiofen sau polipiroli etc.), care pot fi depuși prin imprimare cu jet de cerneală, acoperire prin centrifugare (spin-coating) etc. Cernelurile electroconductive obișnuite pot fi clasificate în trei categorii, în funcție de componentele lor conductive, care pot fi fie metale nobile, fie polimeri conductivi, fie nanomateriale de carbon. Cernelurile conductive au o gamă largă de aplicații și sunt utilizate în fabricarea de componente electronice, ambalaje (PET și folii de plastic), senzori, antene, etichete/tag-uri RFID, ecrane tactile, afișaje OLED, încălzitoare imprimate și multe altele.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)] este unul dintre cei mai intens utilizați polimeri conductivi, care oferă, pe lângă conductivitatea sa ridicată, un aspect transparent. Prin adăugarea unei rețele de nanotuburi de carbon, nanofire de argint și/sau grafen, conductivitatea PEDOT:PSS poate fi îmbunătățită semnificativ. Cerneluri și formulări PEDOT:PSS modificate sunt disponibile pentru diferite procese de acoperire și imprimare. Cernelurile PEDOT:PSS pe bază de apă sunt utilizate în principal în acoperirea prin fantă (slot die), flexografie, rotogravură și imprimarea cu jet de cerneală.
Cerneluri dielectrice
Cernelurile și acoperirile dielectrice sunt neconductive electric și sunt utilizate la serigrafia plăcilor de circuite electronice pentru a forma un strat izolator în vederea protecției și îmbunătățirii materialelor conductive.
Nanoparticulele dielectrice sunt utilizate pentru a conferi cernelurilor, pastelor și acoperirilor o capacitate izolatoare.
Hielscher Ultrasonics fabrică omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la nivel de laborator până la scară industrială.