Veľkokapacitná ultrazvuková výroba vodivých atramentov
- Rovnomerne dispergované nanočastice, ako sú striebro, grafén alebo CNT, s presne prispôsobenou veľkosťou častíc sú kľúčové pri výrobe vysoko vodivých atramentov.
- Výkonné ultrazvukové dispergátory umožňujú syntetizovať, deaglomerovať a rozptyľovať kovové nanočastice (napr. Ag), nanočastice na báze uhlíka (napr. CNT, grafén), ako aj nanokompozity s vynikajúcou elektrickou vodivosťou.
- Ultrazvukové dispergátory Hielscher zabezpečujú vysokokvalitné disperzie a zároveň sú veľmi účinné, spoľahlivé a nákladovo efektívne.
Ultrazvuková dispergácia vodivých nanočastíc
Vodivý atrament má – ako naznačuje jeho názov – schopnosť viesť elektrický prúd. Pri príprave vodivých atramentov a povlakov musia byť zložky, ktoré vedú elektrický prúd (vodivé plnivá), veľmi rovnomerne dispergované v atramentovej báze. Na dosiahnutie vysokej vodivosti sa pridávajú nanočastice, ako sú striebro, meď, CNT, grafén, grafit, ďalšie častice potiahnuté kovom a nanokompozity.
Ultrazvukové procesory vytvárajú mimoriadne intenzívne šmykové sily, ktorými možno prekonať van der Waalsove sily a molekulové väzby. Ultrazvuková dispergácia je preferovanou technikou dispergácie nanočastíc, pretože sonikácia poskytuje veľmi úzke rozdelenie veľkosti zŕn, vysokú funkčnosť častíc a reprodukovateľné výsledky.
Ultrazvukový vsádzkový reaktor na dispergáciu nanomateriálov vo vodivých atramentoch.
- Atramenty s nanostriebrom
- Grafénové atramenty (s veľmi vysokým obsahom grafénu)
- Medené atramenty (nanodrôty a nanočastice)
- Atramenty s CNT
- Atramenty so SWNT
- Atramenty s nanozlatom
- rozmanité nanokompozity
- atramenty na 3D tlač
- elektricky vodivé lepidlá (ECA)
Ultrazvuková dispergácia dielektrických nanočastíc
Na dodanie izolačných vlastností kompozitu musia byť dielektrické častice, ako sú okrem iných SiO2, ZnO a nanokompozity na báze oxidu hlinitého a epoxidu, homogénne dispergované v matrici ako jednotlivé častice. Ultrazvuková dispergácia zabezpečuje rozrušenie aglomerátov, takže nanočastice sú dobre dispergované. Veľmi úzke rozdelenie veľkosti častíc je kľúčové na dosiahnutie spoľahlivej dielektrickej funkčnosti materiálu.
Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia Hielscher na nanodisperzie
Výkonné ultrazvukové systémy zabezpečujú spoľahlivú dispergáciu nanočastíc – od laboratórnych a stolových zariadení až po plne priemyselný rozsah. V porovnaní s inými dodávateľmi ultrazvukových zariadení dokážu ultrazvukové systémy Hielscher poskytovať veľmi vysoké amplitúdy až do 200µm – pri nepretržitej prevádzke 24/7 a s jednoduchými tvarmi sonotród. Ak aplikácia vyžaduje ešte vyššie amplitúdy a/alebo veľmi vysoké teploty, spoločnosť Hielscher ponúka ultrazvukové sonotródy na mieru, ktoré dokážu poskytovať amplitúdy >200µm a možno ich vkladať do veľmi horúceho prostredia (napr. na sonikáciu kovových tavenín). Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher spĺňa priemyselné normy. Všetky naše zariadenia sú skonštruované na prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:
| Objem vsádzky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zostava zariadení UIP16000 |
- prispôsobená veľkosť častíc
- vysoká vodivosť
- vysoký obsah častíc
- nízke až vysoké viskozity
- riadenie procesu
- jednoduché spracovanie
- rýchlosť
- nákladová efektívnosť
Priemyselný ultrazvukový procesor UIP16000 (16kW) na výrobu vodivých atramentov
Literatúra / Referencie
- 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.
Užitočné fakty
Elektricky vodivé nanočastice
Nanočastice (NP) ponúkajú jedinečné materiálové vlastnosti, ktoré sa môžu výrazne líšiť od vlastností materiálu v objemovej forme. Nanomateriály sa vyskytujú v rozmanitých tvaroch. Môžu mať mimoriadne vysoký pomer dĺžky k priemeru 1:1 000 000 (napr. nanorúrky) alebo dokonale guľovitý tvar. Okrem rúrok a guľôčok majú nanočastice tvar tyčiniek, drôtov, fúzovitých kryštálov, nanokvetov, vlákien, vločiek a bodiek.
Veľkosť a tvar nanočastíc zohrávajú dôležitú úlohu pri vlastnostiach NP, ako sú pevnosť v ťahu, pružnosť, termomechanické, vodivé, dielektrické, magnetické a optické vlastnosti. Na dodanie týchto funkcií kompozitom musia byť NP rovnomerne dispergované a zamiešané do matrice. Na dosiahnutie takejto vysokokvalitnej disperzie je ultrazvukové spracovanie preferovanou dispergačnou technikou.
Elektricky vodivé nanočastice sa široko používajú na dodanie schopnosti viesť elektrický prúd atramentom a povlakom. Nanostriebro (nano-Ag) je jedným z najpoužívanejších nanoplnív vo vodivých atramentoch. Vodivé atramenty na báze striebra možno formulovať ako atramenty na vodnej báze vhodné na sieťotlač, ktoré sú pružné a odolné voči pokrčeniu.
Vodivé atramenty
Vodivé atramenty sú vodivé polyméry (polyanilín, polytiofén alebo polypyroly atď.), ktoré možno nanášať atramentovou tlačou, odstredivým nanášaním atď. Bežné elektricky vodivé atramenty možno rozdeliť do troch kategórií podľa ich vodivých zložiek, ktorými môžu byť ušľachtilé kovy, vodivé polyméry alebo uhlíkové nanomateriály. Vodivé atramenty majú širokú škálu aplikácií a používajú sa pri výrobe elektroniky, obalov (PET a plastových fólií), snímačov, antén, RFID štítkov/etikiet, dotykových obrazoviek, OLED displejov, tlačených vykurovacích prvkov a mnohých ďalších výrobkov.
PEDOT:PSS [poly(3,4-etyléndioxytiofén) poly(styrénsulfonát)] je jedným z najpoužívanejších vodivých polymérov, ktorý okrem vysokej vodivosti ponúka aj priehľadnosť. Pridaním siete uhlíkových nanorúrok, strieborných nanodrôtov a/alebo grafénu možno výrazne zvýšiť vodivosť PEDOT:PSS. Modifikované atramenty a formulácie PEDOT:PSS sú dostupné pre rôzne procesy nanášania povlakov a tlače. Atramenty PEDOT:PSS na vodnej báze sa používajú najmä pri nanášaní povlakov štrbinovou dýzou, flexotlači, hĺbkotlači a atramentovej tlači.
Dielektrické atramenty
Dielektrické atramenty a povlaky sú elektricky nevodivé a používajú sa pri sieťotlači dosiek elektronických obvodov na vytvorenie izolačnej vrstvy na ochranu a zlepšenie vlastností vodivých materiálov.
Dielektrické nanočastice sa používajú na dodanie izolačnej schopnosti atramentom, pastám a povlakom.
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory vo veľkostiach od laboratórnych až po priemyselné.