Nanovodivé lepidlá pre vysokovýkonnú elektroniku

Ultrazvukové dispergátory sa používajú ako spoľahlivá technika miešania a frézovania pri výrobe vysokovýkonných lepidiel pre vysokovýkonnú elektroniku a nanoelektroniku. Pri výrobe vysokovýkonnej elektroniky sú veľmi žiadané lepidlá, ako sú nanovodivé lepidlá. Takéto vysokovýkonné lepidlá sa používajú napr. ako alternatívne prepojenia a môžu nahradiť cínovú/olovenú spájku.

Vysokovýkonné lepidlá pre vysokovýkonnú elektroniku

Na výrobu vysokovýkonnej elektroniky sú potrebné lepidlá s vysokou kovovou priľnavosťou a tepelnou vodivosťou na oddelenie tepla a izoláciu. Nanočastice ako striebro, nikel, grafén, oxid grafénu a uhlíkové nanorúrky (CNT) sa často začleňujú do epoxidových živíc a polymérov, aby sa získali požadované funkčné vlastnosti, ako je elektrická vodivosť alebo izolácia, tepelná vodivosť, pevnosť v ťahu, Youngov modul a flexibilita. Vysokovýkonné lepidlá vyvinuté pre vysokovýkonné elektronické použitie kovových plnív (ako je striebro, zlato, nikel alebo nanočastice medi) na zabezpečenie elektrickej vodivosti. Aby sa odomkli mimoriadne vlastnosti týchto materiálov, ich veľkosť sa musí zmenšiť na nanoúroveň. Keďže zmenšovanie veľkosti a rozptyl nanočastíc je náročná úloha, výkonná technológia frézovania a dispergovania je kľúčom k úspešným adhezívnym formuláciám.

Ultrazvukové dispergovanie ponúka rôzne výhody v porovnaní s tradičnými technikami miešania a frézovania. Vďaka svojej spoľahlivosti a účinnosti bola sonikácia zavedená pri spracovaní nanomateriálov a možno ju nájsť v každom priemysle, kde sa nanočastice syntetizujú a / alebo začleňujú do kvapalín. Ultrazvukom je preto ideálnou technikou na výrobu nanovodivých lepidiel, ktoré obsahujú nano-plnivá, ako sú nanočastice, nanovlákna alebo uhlíkové nanorúrky a grafénové monovrstvy (nanoštruktúry).
Agentúry pre vývozné úvery: Prominentným príkladom je formulácia elektricky vodivých lepidiel (ECA), čo sú kompozity vyrobené z polymérnej matrice a elektricky vodivých plnív. Na vytvorenie vysokovýkonného lepidla pre elektronické aplikácie musí polymérna živica (napr. epoxid, silikón, polyimid) poskytovať fyzikálne a mechanické funkcie, ako je priľnavosť, mechanická pevnosť, rázová pevnosť, zatiaľ čo kovové plnivo (napr. nano-striebro, nano-zlato, nano-nikel alebo nano-meď) vytvára vynikajúcu elektrickú vodivosť. V prípade lepidiel s izolačnými vlastnosťami sú do lepiaceho kompozitu začlenené plnivá na báze minerálov.

Pred a po ultrazvukom: Zelená krivka ukazuje veľkosť častíc pred ultrazvukom, červená krivka je veľkosť častíc distribúcie rozpúšťadle rozptýleného kremíka.

Ultrazvuková disperzia nanomateriálov do viskóznych lepidiel

Ultrazvukové homogenizátory sú veľmi účinné, keď častice aglomeráty, agregáty a dokonca aj primárne častice musia byť spoľahlivo zmenšené. Výhodou ultrazvukových mixérov je ich schopnosť mletia častíc na menšie a rovnomernejšie veľkosti častíc, či už sú mikrónové alebo nanočastice zacielené ako výsledok procesu. Zatiaľ čo iné technológie, ako sú lopatkové alebo rotorovo-statorové miešačky, vysokotlakové homogenizátory, mlyny na guľôčky atď., vykazujú nevýhody, ako je neschopnosť produkovať rovnomerne malé nanočastice, kontaminácia frézovacími médiami, upchaté dýzy a vysoká spotreba energie, ultrazvukové dispergátory používajú pracovný princíp akustickej kavitácie. Kavitácia generovaná ultrazvukom bola preukázaná ako vysoko účinná, energeticky efektívna a schopná rozptýliť aj vysoko viskózne materiály, ako sú pasty zaťažené nanočasticami.

Ako funguje ultrazvukové dispergovanie?

Kavitačné šmykové sily a prúdy kvapalín urýchľujú častice tak, aby sa navzájom zrážali. Toto je známe ako kolízia medzi časticami. Samotné častice pôsobia ako mleté médium, ktoré zabraňuje kontaminácii mletím guľôčok a následným separačným procesom, ktorý je nevyhnutný pri použití bežných mlynov na guľôčky. Pretože sa častica rozbije interparticle kolíziou pri veľmi vysokých rýchlostiach až 280 m/s, na častice pôsobia mimoriadne vysoké sily, ktoré sa preto rozpadajú na nepatrné frakcie. Trenie a erózia dávajú týmto časticovým fragmentom leštený povrch a rovnomerne tvarovanú formu. Kombinácia šmykových síl a kolízie medzi časticami dáva ultrazvukovej homogenizácii a disperzii výhodnú hranu, ktorá poskytuje vysoko homogénne koloidné suspenzie a disperzie!
Ďalšou výhodou vysokých šmykových síl generovaných ultrazvukom je účinok šmykového riedenia. Napríklad ultrazvukom pripravené epoxidové živice naplnené oxidovanými CNT vykazujú správanie pri riedení nožov. Keďže šmykové riedenie dočasne znižuje viskozitu tekutiny, uľahčuje sa spracovanie viskóznych kompozitov.

Vysokorýchlostná sekvencia (od a po f) rámov ilustrujúcich sono-mechanickú exfoliáciu grafitovej vločky vo vode pomocou UP200S, ultrazvukom 200W s 3 mm sonotródou. Šípky ukazujú miesto štiepenia (exfoliácie) s kavitačnými bublinami prenikajúcimi do rozdelenia.
(Štúdia a obrázky: © Tyurnina et al. 2020)

Porovnanie rôznych nanovlákien rozptýlených v tvrdidle (ultrazvuk-US): a) 0,5 wt% uhlíkového nanovlákna (CNF); b) 0,5 wt% CNToxi; c) 0,5 wt % uhlíkovej nanorúrky (CNT); d) 0,5 wt% CNT polodispergované.
(Štúdia a obrázok: © Zanghellini et al., 2021)

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na formulovanie vysokovýkonných lepidiel

Hielscher Ultrasonics je špecialista, pokiaľ ide o vysoko výkonné ultrazvukové zariadenia na spracovanie tekutín a kalu. Ultrazvukové dispergátory umožňujú spracovať vysoko viskózne materiály, ako sú vysoko naplnené živice, a zabezpečiť rovnomerné rozloženie nanomateriálov v kompozitoch.
Presná kontrola parametrov ultrazvukového procesu, ako je amplitúda, príkon energie, teplota, tlak a čas, umožňuje prispôsobenie lepidiel v rozsahu nanometrov.
Ak vaša formulácia vyžaduje disperziu organických alebo anorganických nano-plnív, ako sú nanorúrky, celulózové nanokryštály (CNC), nanovlákna alebo nanokovy, Hielscher Ultrasonics má ideálne ultrazvukové nastavenie pre vašu lepiacu formuláciu.
Hielscher Ultrazvuk’ priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy a sú schopné deaglomerovať a dispergovať nanomateriály aj pri veľmi vysokých viskozitách. Amplitúdy až do 200 μm je možné ľahko nepretržite bežať v prevádzke 24/7.
Hielscher ultrasonicators sú uznávané pre svoju kvalitu, spoľahlivosť a robustnosť. Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysoko výkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Samozrejme, Hielscher ultrasonicators sú v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: