Нано-проводљиви лепкови за електронику високих перформанси

Ултразвучни дисперзатори се користе као поуздана техника мешања и млевења у производњи лепкова високих перформанси за електронику високих перформанси и наноелектронику. У производњи електронике високих перформанси, лепкови као што су нано-проводљиви лепкови су веома тражени. Овакви лепкови високих перформанси се користе нпр. као алтернативни спојеви и могу заменити калај/оловни лем.

Лепкови високих перформанси за електронику високих перформанси

For the production of high-performance electronics, adhesives with high metal adhesiveness and heat conductivity for heat decoupling and insulation are required. Nano-particles such as silver, nickel, graphene, graphene oxide and carbon nanotubes (CNTs) are frequently incorporated into epoxy resins and polymers to obtain the desired functional properties such as electrical conductivity or insulation, heat conductivity, tensile strength, Young’s modulus and flexibility. High-performance adhesives developed for high-performance electronic use metal fillers (such as silver, gold, nickel, or copper nanoparticles) to provide electrical conductivity. In order to unlock extraordinary properties of these materials, their size must be reduced to nano-scale. As size reduction and dispersion of nanoparticles is a challenging task, a powerful milling and dispersing technology is key for successful adhesive formulations.

Ултразвучно дисперговање нуди различите предности у поређењу са традиционалним техникама мешања и млевења. Због своје поузданости и ефикасности, соникација је успостављена у обради наноматеријала и може се наћи у било којој индустрији где се наночестице синтетишу и/или уграђују у течности. Ултразвучна обрада је стога идеална техника за производњу нано-проводљивих лепкова који садрже нано-пунила као што су наночестице, наножице или угљеничне наноцеви и монослојеви графена (нанолистови).
ЕЦАс: Истакнути пример је формулација електрично проводљивих лепкова (ЕЦА), који су композити направљени од полимерне матрице и електрично проводљивих пунила. Да би се формулисао лепак високих перформанси за електронске апликације, полимерна смола (нпр. епоксид, силикон, полиимид) мора да обезбеди физичке и механичке функције као што су приањање, механичка чврстоћа, чврстоћа на удар, док метални пунилац (нпр. -сребро, нано-злато, нано-никл или нано-бакар) ствара супериорну електричну проводљивост. За лепкове са изолационим својствима, пунила на минералној бази су уграђена у композит лепка.

Пре и после соникације: Зелена крива показује величину честица пре ултразвучне обраде, црвена крива је расподела величине честица ултразвучно диспергованог силицијум диоксида.

Ултразвучна дисперзија наноматеријала у вискозне лепкове

Ултразвучни хомогенизатори су веома ефикасни када се агломерати честица, агрегати, па чак и примарне честице морају поуздано смањити у величини. Предност ултразвучних миксера је њихова способност млевења честица на мање и уједначеније величине честица, било да су микроне или нано-честице циљане као резултат процеса. Док друге технологије као што су лопатице или миксери ротор-статор, хомогенизатори високог притиска, млинови за перле итд. показују недостатке као што су немогућност производње уједначено малих наночестица, контаминација медијумом за млевење, зачепљене млазнице и велика потрошња енергије, ултразвучни дисперзатори користе принцип рада акустичне кавитације. Кавитација генерисана ултразвуком показала се као веома ефикасна, енергетски ефикасна и способна да распрши чак и високо вискозне материјале као што су пасте са наночестицама.

Како функционише ултразвучно распршивање?

Кавитационе смичне силе и струје течности убрзавају честице тако да се сударају једна са другом. Ово је познато као судар између честица. Саме честице делују као медијум за млевење, чиме се избегава контаминација млевењем перли и накнадним процесом одвајања, који је неопходан када се користе конвенционални млинови за перле. Пошто се честице разбијају сударом између честица при веома великим брзинама до 280 м/сец, на честице се примењују изузетно велике силе, које се стога разбијају на ситне фракције. Трење и ерозија дају тим фрагментима честица углачану површину и уједначен облик. Комбинација сила смицања и судара између честица даје ултразвучној хомогенизацији и дисперзији повољан руб који даје високо хомогене колоидне суспензије и дисперзије!
Још једна предност високих сила смицања које генерише ултразвук је ефекат стањивања смицања. На пример, ултразвучно припремљене епоксидне смоле пуњене оксидованим ЦНТ показују понашање при смицању. Како разређивање смицањем привремено смањује вискозитет течности, олакшава се обрада вискозних композита.

Брза секвенца (од а до ф) оквира која илуструје соно-механичку ексфолијацију графитне пахуљице у води помоћу УП200С, ултразвучног апарата од 200 В са сонотродом од 3 мм. Стрелице показују место цепања (пилинга) са мехурицима кавитације који продиру у расцеп.
(Студија и слике: © Тиурнина ет ал. 2020)

Поређење различитих нанопунила диспергованих у учвршћивачу (ултразвук–УС): (а) 0,5 теж% угљеничних нановлакна (ЦНФ); (б) 0,5 теж% ЦНТокси; (ц) 0,5 теж% угљеничне наноцеви (ЦНТ); (д) 0,5 теж% ЦНТ полу-диспергованог.(Студија и слика: © Зангхеллини ет ал., 2021)

Ултрасоникатори велике снаге за формулисање лепкова високих перформанси

Хиелсцхер Ултрасоницс је специјалиста када је у питању ултразвучна опрема високих перформанси за обраду течности и суспензије. Ултразвучни дисперзатори омогућавају обраду високовискозних материјала као што су високо пуњене смоле и обезбеђују уједначену дистрибуцију наноматеријала унутар композита.
Прецизна контрола ултразвучних параметара процеса као што су амплитуда, унос енергије, температура, притисак и време омогућавају прилагођавање лепкова у нанометарском опсегу.
Било да ваша формулација захтева дисперзију органских или неорганских нано-пунила као што су наноцеви, нано-кристали целулозе (ЦНЦ), нановлакна или нано-метали, Хиелсцхер Ултрасоницс има идеалну ултразвучну поставку за вашу формулацију лепка.
Hielscher Ultrasonics’ индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома велике амплитуде и способни су да деагломерирају и диспергују наноматеријале чак и при веома високим вискозитетима. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7.
Хиелсцхер ултрасоницатори су признати по свом квалитету, поузданости и робусности. Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и лакоћом за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: