Нанопроводљиви лепкови за електронику високих перформанси

Ултразвучни диспергатори се користе као поуздана техника мешања и млевења у производњи лепкова високих перформанси за електронику високих перформанси и наноелектронику. У производњи електронике високих перформанси постоји велика потражња за лепковима као што су нанопроводљиви лепкови. Такви лепкови високих перформанси користе се, на пример, као алтернативни спојеви и могу заменити калајно-оловни лем.

Лепкови високих перформанси за електронику високих перформанси

За производњу електронике високих перформанси потребни су лепкови са високом прионљивошћу за метале и топлотном проводљивошћу за термичко раздвајање и изолацију. Наночестице као што су сребро, никл, графен, графен-оксид и угљеничне наноцеви (CNTs) често се уграђују у епоксидне смоле и полимере како би се добила жељена функционална својства као што су електрична проводљивост или изолација, топлотна проводљивост, затезна чврстоћа, Јунгов модул и флексибилност. Лепкови високих перформанси развијени за електронику високих перформанси користе метална пунила (као што су наночестице сребра, злата, никла или бакра) да би обезбедили електричну проводљивост. Да би се искористила изузетна својства ових материјала, њихова величина мора се смањити на наноскалу. Пошто су смањивање величине и дисперговање наночестица захтевни задаци, снажна технологија млевења и дисперговања кључна је за успешне формулације лепкова.

Ултразвучно дисперговање нуди различите предности у поређењу са традиционалним техникама мешања и млевења. Захваљујући поузданости и делотворности, соникација се усталила у обради наноматеријала и може се наћи у свакој индустрији у којој се наночестице синтетишу и/или уграђују у течности. Ултразвучна обрада је стога идеална техника за производњу нанопроводљивих лепкова који садрже нанопунила као што су наночестице, наножице или угљеничне наноцеви и монослојеви графена (нанолистови).
ECAs: Истакнут пример је формулисање електрично проводљивих лепкова (ECAs), који су композити састављени од полимерне матрице и електрично проводљивих пунила. Да би се формулисао лепак високих перформанси за примену у електроници, полимерна смола (нпр. епоксидна, силиконска или полиимидна) мора да обезбеди физичка и механичка својства као што су адхезија, механичка чврстоћа и ударна жилавост, док метално пунило (нпр. наносребро, нанозлато, наноникл или нанобакар) обезбеђује врхунску електричну проводљивост. Код лепкова са изолационим својствима, пунила на бази минерала уграђују се у композитни лепак.

Пре и после соникације: зелена крива приказује величину честица пре соникације, а црвена крива представља расподелу величине честица ултразвучно диспергованог силицијум-диоксида.

Ултразвучно дисперговање наноматеријала у вискозним лепковима

Ултразвучни хомогенизатори су веома делотворни када је потребно поуздано смањити величину агломерата, агрегата, па чак и примарних честица. Предност ултразвучних мешалица је њихова способност да млевењем смање честице на мање и уједначеније величине, било да се као резултат процеса желе микрочестице или наночестице. Док друге технологије, као што су мешалице са лопатицама или ротором и статором, хомогенизатори високог притиска, млинови са куглицама итд., показују недостатке као што су немогућност добијања уједначено малих наночестица, контаминација медијумом за млевење, зачепљене млазнице и велика потрошња енергије, ултразвучни диспергатори користе принцип акустичне кавитације. Показано је да је кавитација изазвана ултразвуком веома делотворна, енергетски ефикасна и способна да диспергује чак и веома вискозне материјале, као што су пасте са наночестицама.

Како функционише ултразвучно дисперговање?

Кавитационе силе смицања и струјања течности убрзавају честице тако да се оне међусобно сударају. То је познато као међучестични судар. Саме честице делују као медијум за млевење, чиме се избегавају контаминација куглицама за млевење и накнадни процес раздвајања, који је неопходан када се користе конвенционални млинови са куглицама. Пошто се честице разбијају при међучестичним сударима на веома великим брзинама до 280m/sec, на њих делују изузетно велике силе, услед чега се распадају на ситне делове. Трење и ерозија дају тим фрагментима честица углачану површину и уједначен облик. Комбинација сила смицања и међучестичних судара даје предност ултразвучној хомогенизацији и дисперговању, обезбеђујући веома хомогене колоидне суспензије и дисперзије!
Још једна предност великих сила смицања које ствара ултразвук јесте ефекат смањења вискозности при смицању. На пример, ултразвучно припремљене епоксидне смоле испуњене оксидованим CNTs показују смањење вискозности при смицању. Пошто смицање привремено снижава вискозност флуида, олакшава се обрада вискозних композита.

Низ кадрова снимљених великом брзином (од a до f) који приказују сономеханичку ексфолијацију графитне љуспице у води помоћу UP200S, ултразвучног уређаја снаге 200W са сонотродом од 3-mm. Стрелице показују место раздвајања (ексфолијације), при чему кавитациони мехурићи продиру у расцеп.
(Студија и слике:© Tyurnina et al. 2020)

Поређење различитих нанопунила диспергованих у очвршћивачу (ултразвучна обрада–US): (a) 0,5 wt% угљеничних нановлакана (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% угљеничних наноцеви (CNT); (d) 0,5 wt% делимично диспергованих CNT.
(Студија и слика: © Zanghellini et al., 2021)

Ултразвучни уређаји велике снаге за формулисање лепкова високих перформанси

Hielscher Ultrasonics је специјалиста за ултразвучну опрему високих перформанси за обраду течности и суспензија. Ултразвучни диспергатори омогућавају обраду веома вискозних материјала, као што су смоле са високим садржајем пунила, и обезбеђују равномерну расподелу наноматеријала у композитима.
Прецизна контрола параметара ултразвучног процеса, као што су амплитуда, унос енергије, температура, притисак и време, омогућава прилагођавање лепкова у нанометарском опсегу.
Без обзира на то да ли ваша формулација захтева дисперговање органских или неорганских нанопунила, као што су наноцеви, нанокристали целулозе (CNCs), нановлакна или нанометали, Hielscher Ultrasonics има идеалну ултразвучну поставку за вашу формулацију лепка.
Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да постигну веома високе амплитуде и способни су да деагломеришу и диспергују наноматеријале чак и при веома високим вискозностима. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у раду 24/7.
Ултразвучни уређаји Hielscher препознати су по свом квалитету, поузданости и робусности. Hielscher Ultrasonics је компанија сертификована према ISO стандардима и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и једноставношћу употребе. Наравно, ултразвучни уређаји Hielscher усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.
Табела испод даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: