Крупномасштабное производство электропроводящих чернил с помощью ультразвука
- Равномерно диспергированные наночастицы, такие как серебро, графен или CNT, с точно заданным размером частиц имеют решающее значение для производства чернил с высокой электропроводностью.
- Мощные ультразвуковые диспергаторы позволяют синтезировать, деагломерировать и распределять металлические (например, Ag) и углеродные (например, CNT, графен) наночастицы, а также нанокомпозиты с превосходной электропроводностью.
- Ультразвуковые диспергаторы Hielscher обеспечивают высокое качество дисперсий и при этом отличаются высокой эффективностью, надёжностью и экономичностью.
Ультразвуковое диспергирование электропроводящих наночастиц
Электропроводящие чернила – как следует из их названия – обладают электропроводностью. Для приготовления электропроводящих чернил и покрытий компоненты, проводящие электрический ток (электропроводящие наполнители), необходимо очень равномерно диспергировать в основе чернил. Для обеспечения высокой электропроводности вводят наночастицы, такие как серебро, медь, CNT, графен, графит, другие частицы с металлическим покрытием и нанокомпозиты.
Ультразвуковые процессоры создают чрезвычайно интенсивные сдвиговые усилия, которые позволяют преодолевать силы Ван-дер-Ваальса и молекулярные связи. Ультразвуковое диспергирование является предпочтительным методом диспергирования наночастиц, поскольку обработка ультразвуком обеспечивает очень узкое распределение по размеру зёрен, высокие функциональные характеристики частиц и воспроизводимые результаты.
Ультразвуковой реактор периодического действия для диспергирования наноматериалов в электропроводящих чернилах.
- Чернила с наносеребром
- Графеновые чернила (с очень высоким содержанием графена)
- Медные чернила (нанопроволоки и наночастицы)
- Чернила с CNT
- Чернила с SWNT
- Чернила с нанозолотом
- Разнообразные нанокомпозиты
- Чернила для 3D-печати
- Электропроводящие клеи (ECA)
Ультразвуковое диспергирование диэлектрических наночастиц
Для придания композиту изолирующих свойств диэлектрические частицы, такие как SiO2, ZnO, нанокомпозиты на основе оксида алюминия и эпоксидной смолы и другие, необходимо равномерно диспергировать в матрице в виде отдельных частиц. Ультразвуковое диспергирование обеспечивает разрушение агломератов, благодаря чему наночастицы хорошо диспергируются. Очень узкое распределение частиц имеет решающее значение для обеспечения надёжных диэлектрических свойств материала.
Мощные ультразвуковые аппараты Hielscher для нанодисперсий
Мощные ультразвуковые системы обеспечивают надёжное диспергирование наночастиц – от лабораторного и настольного оборудования до полностью промышленного масштаба. По сравнению с оборудованием других поставщиков ультразвуковые системы Hielscher способны обеспечивать очень высокие амплитуды до 200µm – при непрерывной работе в режиме 24/7 и с сонотродами простой формы. Если для применения требуются ещё более высокие амплитуды и/или очень высокие температуры, Hielscher предлагает ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу, которые могут обеспечивать амплитуды >200µm и вводиться в среды с очень высокой температурой (например, для обработки ультразвуком расплавов металлов). Прочность ультразвукового оборудования Hielscher соответствует промышленным стандартам. Всё наше оборудование рассчитано на работу в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена ориентировочная производительность наших ультразвуковых аппаратов:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| От 10 до 2000mL | От 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| От 0,1 до 20L | От 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| От 10 до 100L | От 2 до 10L/min | UIP4000 |
| Не применимо | От 10 до 100L/min | UIP16000 |
| Не применимо | Больше | Группа устройств UIP16000 |
- Заданный размер частиц
- Высокая электропроводность
- Высокое содержание частиц
- Вязкость от низкой до высокой
- Контроль процесса
- Простота обработки
- Быстрота
- Экономичность
Промышленный ультразвуковой процессор UIP16000 (16kW) для производства электропроводящих чернил
Литература / Источники
- 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.
Полезные сведения
Электропроводящие наночастицы
Наночастицы (НЧ) обладают уникальными характеристиками материала, которые могут резко отличаться от характеристик материала в объёмной форме. Наноматериалы имеют разнообразные формы. Они могут иметь чрезвычайно высокое соотношение сторон 1:1 000 000 (например, нанотрубки) или идеально сферическую форму. Помимо трубок и сфер, наночастицы имеют форму стержней, проволок, нитевидных кристаллов, наноцветов, волокон, чешуек и точек.
Размер и форма наночастиц играют важную роль в определении свойств НЧ, таких как прочность при растяжении, гибкость, термомеханические, электропроводящие, диэлектрические, магнитные и оптические свойства. Для придания этих функциональных характеристик композитам НЧ необходимо равномерно диспергировать и смешивать в матрице. Для получения дисперсии такого высокого качества предпочтительным методом диспергирования является обработка ультразвуком.
Электропроводящие наночастицы широко используются для придания чернилам и покрытиям способности проводить электрический ток. Наносеребро (нано-Ag) является одним из наиболее широко используемых нанонаполнителей в электропроводящих чернилах. Электропроводящие чернила на основе серебра можно создавать в виде чернил на водной основе, пригодных для трафаретной печати, которые обладают гибкостью и устойчивостью к образованию заломов.
Электропроводящие чернила
Электропроводящие чернила представляют собой электропроводящие полимеры (полианилин, политиофен или полипирролы и т. д.), которые можно наносить методом струйной печати, центрифугирования и т. д. Обычные электропроводящие чернила можно разделить на три категории в соответствии с их электропроводящими компонентами, которыми могут быть благородные металлы, электропроводящие полимеры или углеродные наноматериалы. Электропроводящие чернила имеют широкий спектр применения и используются при производстве электроники, упаковки (ПЭТ и пластиковых плёнок), датчиков, антенн, RFID-меток/этикеток, сенсорных экранов, OLED-дисплеев, печатных нагревателей и многого другого.
PEDOT:PSS [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) поли(стиролсульфонат)] является одним из наиболее широко используемых электропроводящих полимеров, который помимо высокой электропроводности обладает прозрачностью. Добавление сети углеродных нанотрубок, серебряных нанопроволок и/или графена позволяет значительно повысить электропроводность PEDOT:PSS. Модифицированные чернила и составы на основе PEDOT:PSS доступны для различных процессов нанесения покрытий и печати. Чернила PEDOT:PSS на водной основе в основном используются для нанесения покрытий щелевой головкой, флексографии, глубокой и струйной печати.
Диэлектрические чернила
Диэлектрические чернила и покрытия не проводят электрический ток и используются при трафаретной печати электронных плат для создания изолирующего слоя, обеспечивающего защиту и улучшение электропроводящих материалов.
Диэлектрические наночастицы используются для придания чернилам, пастам и покрытиям изолирующих свойств.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторных до промышленных моделей.