Nanoledande lim för högpresterande elektronik

Ultraljudsdisperser används som pålitlig blandnings- och fräsningsteknik vid produktion av högpresterande lim för högpresterande elektronik och nanoelektronik. Vid tillverkning av högpresterande elektronik är lim som nanoledande lim i hög efterfrågan. Sådana högpresterande lim används t.ex. som alternativa sammankopplingar och kan ersätta tenn/blylödning.

Högpresterande lim för högpresterande elektronik

För produktion av högpresterande elektronik krävs lim med hög metallvidhäftning och värmeledningsförmåga för värmeavkoppling och isolering. Nanopartiklar som silver, nickel, grafen, grafenoxid och kolnanorör (CNT) införlivas ofta i epoxihartser och polymerer för att erhålla önskade funktionella egenskaper såsom elektrisk ledningsförmåga eller isolering, värmeledningsförmåga, draghållfasthet, Youngs modul och flexibilitet. Högpresterande lim utvecklade för högpresterande metallfyllmedel för elektronisk användning (såsom silver, guld, nickel eller kopparnanopartiklar) för att ge elektrisk ledningsförmåga. För att låsa upp extraordinära egenskaper hos dessa material måste deras storlek reduceras till nanoskala. Eftersom storleksminskning och dispersion av nanopartiklar är en utmanande uppgift är en kraftfull fräsnings- och dispergeringsteknik nyckeln till framgångsrika limformuleringar.

Ultraljud spridning erbjuder olika fördelar jämfört med traditionella blandning och fräsning tekniker. På grund av dess tillförlitlighet och effektivitet, ultraljudsbehandling har etablerats i nanomaterial bearbetning och kan hittas i alla branscher där nanopartiklar syntetiseras och/eller införlivas i vätskor. Ultraljud är därför den idealiska tekniken för produktion av nanoledande lim som innehåller nano-fyllmedel såsom nanopartiklar, nanotrådar, eller kolnanorör och grafenmonolager (nanoark).
Exportkreditinstitut: Ett framträdande exempel är formuleringen av elektriskt ledande lim (ECA), som är kompositer gjorda av en polymermatris och elektriskt ledande fyllmedel. För att formulera ett högpresterande lim för elektroniska applikationer måste ett polymerharts (t.ex. epoxi, silikon, polyimid) tillhandahålla fysiska och mekaniska funktioner som vidhäftning, mekanisk hållfasthet, slaghållfasthet, medan metallfyllmedlet (t.ex. nano-silver, nano-guld, nano-nickel eller nano-koppar) skapar överlägsen elektrisk ledningsförmåga. För lim med isolerande egenskaper införlivas mineralbaserade fyllmedel i limkompositen.

Före och efter ultraljudsbehandling: den gröna kurvan visar partikel storlek innan ultraljudsbehandling, den röda kurvan är partikel storleks fördelning av ultraljud spridda kiseldioxid.

Ultraljud dispersion av nanomaterial i viskösa lim

Ultraljud homogenisatorer är mycket effektiva när partikel agglomerat, aggregat och även primära partiklar måste minskas på ett tillförlitligt sätt i storlek. Fördelen med ultraljudsblandare är deras förmåga att fräsa partiklar ner till mindre och mer enhetliga partikelstorlekar, oavsett om mikron- eller nanopartiklar riktas som processresultat. Medan annan teknik som blad- eller rotorstatorblandare, högtryckshomogenisatorer, pärlkvarnar etc. visar nackdelar som oförmåga att producera enhetligt små nanopartiklar, förorening av fräsmedier, igensatta munstycken och hög energiförbrukning, använder ultraljudsdisperser arbetsprincipen för akustisk kavitation. Ultraljudsgenererad kavitation har visat sig vara mycket effektiv, energieffektiv och kapabel att sprida även mycket viskösa material som nanopartikelbelastade pastor.

Hur fungerar ultraljudsspridning?

Kavitationella skjuvkrafter och vätskeströmmar accelererar partiklar så att de kolliderar med varandra. Detta kallas interpartikelkollision. Partiklarna själva fungerar som fräsningsmedium, vilket undviker förorening genom slipning av pärlor och den efterföljande separationsprocessen, vilket är nödvändigt när konventionella pärlkvarnar används. Eftersom partikeln splittras genom interpartikelkollision med mycket höga hastigheter på upp till 280 m/sek gäller utomordentligt höga krafter för partiklarna, som därför bryts upp i små fraktioner. Friktion och erosion ger dessa partikelfragment en polerad yta och enhetligt formad form. Kombinationen av skjuvkrafter och interpartikelkollision ger ultraljudshomogenisering och dispersion den fördelaktiga kanten som ger mycket homogena kolloidala suspensioner och dispersioner!
En annan fördel med högskjuvkrafter som genereras av ultraljud är effekten av skjuvförtunning. Till exempel visar ultraljud beredda epoxihartser fyllda med oxiderade CNT: er skjuvförtunnande beteende. Eftersom skjuvförtunning sänker vätskans viskositet tillfälligt underlättas bearbetningen av viskösa kompositer.

En höghastighetssekvens (från a till f) av ramar som illustrerar sono-mekanisk exfoliering av en grafitflinga i vatten med up200S, en 200W ultrasonicator med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för splittring (exfoliering) med kavitationsbubblor som tränger in i splittringen.
(Studie och bilder: © Tyurnina et al. 2020)

Jämförelse av olika nanofillers dispergerade i härdare (ultraljud—US): (a) 0.5 wt% kolnanofiber (CNF); b) 0,5 viktprocent CNToxi, c) 0,5 viktprocent kolnanorör (CNT), d) 0,5 viktprocent CNT-halvdispergerad.
(Studie och bild: © Zanghellini et al., 2021)

Ultrasonicators med hög effekt för att formulera högpresterande lim

Hielscher Ultrasonics är specialist när det gäller högpresterande ultraljud utrustning för flytande och uppslamning bearbetning. Ultraljud dispersorer gör det möjligt att bearbeta mycket viskösa material såsom högfyllda hartser och säkerställa en jämn fördelning av nanomaterial i kompositer.
Den exakta kontrollen över ultraljudsprocessparametrar som amplitud, energiinmatning, temperatur, tryck och tid möjliggör skräddarsydda lim i nanometerområdet.
Oavsett om din formulering kräver spridning av organiska eller oorganiska nanofyllmedel som nanorör, cellulosa nanokristaller (CNC), nanofibrer eller nanometaller, har Hielscher Ultrasonics den perfekta ultraljudsinställningen för din limformulering.
Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder och kan deagglomerate och sprida nanomaterial även vid mycket höga viskositeter. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift.
Hielscher ultrasonicators är kända för sin kvalitet, tillförlitlighet och robusthet. Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultrasonicators med state-of-the-art teknik och användarvänlighet. Naturligtvis är Hielscher ultrasonicators CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: