กาวนำไฟฟ้าระดับนาโนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมรรถนะสูง

เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกใช้เป็นเทคนิคการผสมและการบดที่เชื่อถือได้ในการผลิตกาวสมรรถนะสูงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมรรถนะสูงและนาโนอิเล็กทรอนิกส์ ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมรรถนะสูง กาวประเภทต่าง ๆ เช่น กาวนำไฟฟ้าระดับนาโน เป็นที่ต้องการอย่างมาก กาวสมรรถนะสูงเหล่านี้ใช้เป็นทางเลือกในการเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วน เป็นต้น และสามารถใช้แทนโลหะบัดกรีดีบุก/ตะกั่วได้

กาวสมรรถนะสูงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมรรถนะสูง

การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมรรถนะสูงจำเป็นต้องใช้กาวที่ยึดเกาะโลหะได้ดีและนำความร้อนได้ดีเพื่อการแยกความร้อนและการเป็นฉนวน อนุภาคนาโน เช่น เงิน นิกเกิล กราฟีน กราฟีนออกไซด์ และท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) มักถูกเติมลงในเรซินอีพ็อกซีและพอลิเมอร์เพื่อให้ได้สมบัติเชิงหน้าที่ตามต้องการ เช่น การนำไฟฟ้าหรือการเป็นฉนวน การนำความร้อน ความต้านทานแรงดึง มอดุลัสของยัง และความยืดหยุ่น กาวสมรรถนะสูงที่พัฒนาขึ้นสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมรรถนะสูงใช้สารเติมแต่งโลหะ (เช่น อนุภาคนาโนเงิน ทอง นิกเกิล หรือทองแดง) เพื่อให้มีสมบัติการนำไฟฟ้า เพื่อให้วัสดุเหล่านี้แสดงสมบัติอันโดดเด่น ต้องลดขนาดของวัสดุลงสู่ระดับนาโน เนื่องจากการลดขนาดและการกระจายอนุภาคนาโนเป็นงานที่ท้าทาย เทคโนโลยีการบดและการกระจายอนุภาคที่ทรงประสิทธิภาพจึงเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาสูตรกาวให้ประสบความสำเร็จ

การกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับเทคนิคการผสมและการบดแบบดั้งเดิม ด้วยความน่าเชื่อถือและประสิทธิผล การใช้คลื่นอัลตราโซนิกจึงเป็นที่ยอมรับในการแปรรูปวัสดุนาโน และพบได้ในทุกอุตสาหกรรมที่มีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนและ/หรือเติมอนุภาคนาโนลงในของเหลว ดังนั้น การใช้คลื่นอัลตราโซนิกจึงเป็นเทคนิคที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตกาวนำไฟฟ้าระดับนาโนที่มีสารเติมแต่งระดับนาโน เช่น อนุภาคนาโน ลวดนาโน หรือท่อนาโนคาร์บอนและกราฟีนชั้นเดียว (แผ่นนาโน)
ECAs: ตัวอย่างที่โดดเด่นคือการพัฒนาสูตรกาวนำไฟฟ้า (ECAs) ซึ่งเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยเมทริกซ์พอลิเมอร์และสารเติมแต่งนำไฟฟ้า ในการพัฒนาสูตรกาวสมรรถนะสูงสำหรับการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์ เรซินพอลิเมอร์ (เช่น อีพ็อกซี ซิลิโคน พอลิอิไมด์) ต้องให้สมบัติทางกายภาพและเชิงกล เช่น การยึดเกาะ ความแข็งแรงเชิงกล และความต้านทานแรงกระแทก ขณะที่สารเติมแต่งโลหะ (เช่น เงินนาโน ทองนาโน นิกเกิลนาโน หรือทองแดงนาโน) ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าที่เหนือกว่า สำหรับกาวที่มีสมบัติเป็นฉนวน จะเติมสารเติมแต่งที่มีแร่เป็นองค์ประกอบหลักลงในกาวคอมโพสิต

ก่อนและหลังการใช้คลื่นอัลตราโซนิก: เส้นโค้งสีเขียวแสดงขนาดอนุภาคก่อนการใช้คลื่นอัลตราโซนิก ส่วนเส้นโค้งสีแดงแสดงการกระจายขนาดอนุภาคของซิลิกาที่กระจายด้วยอัลตราโซนิก

การกระจายวัสดุนาโนลงในกาวที่มีความหนืดด้วยอัลตราโซนิก

เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกมีประสิทธิผลสูงมากเมื่อต้องลดขนาดกลุ่มอนุภาคที่เกาะกลุ่มกัน กลุ่มอนุภาคที่รวมตัวกันอย่างแน่นหนา และแม้แต่อนุภาคปฐมภูมิอย่างเชื่อถือได้ ข้อดีของเครื่องผสมอัลตราโซนิกคือความสามารถในการบดอนุภาคให้มีขนาดเล็กลงและสม่ำเสมอมากขึ้น ไม่ว่าเป้าหมายของกระบวนการจะเป็นอนุภาคระดับไมครอนหรือระดับนาโนก็ตาม ขณะที่เทคโนโลยีอื่น ๆ เช่น เครื่องผสมแบบใบพัดหรือแบบโรเตอร์–สเตเตอร์ เครื่องโฮโมจีไนเซอร์แรงดันสูง เครื่องบดแบบเม็ดบด เป็นต้น มีข้อจำกัด เช่น ไม่สามารถผลิตอนุภาคนาโนขนาดเล็กที่สม่ำเสมอได้ การปนเปื้อนจากตัวกลางบด หัวฉีดอุดตัน และการใช้พลังงานสูง เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกใช้หลักการทำงานของคาวิเทชันจากคลื่นเสียง มีการแสดงให้เห็นว่าคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราโซนิกมีประสิทธิผลสูง ประหยัดพลังงาน และสามารถกระจายได้แม้แต่วัสดุที่มีความหนืดสูง เช่น วัสดุเนื้อเพสต์ที่มีอนุภาคนาโนผสมอยู่

การกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกทำงานอย่างไร?

แรงเฉือนจากคาวิเทชันและกระแสของเหลวเร่งอนุภาคให้ชนกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการชนระหว่างอนุภาค อนุภาคเองทำหน้าที่เป็นตัวกลางบด จึงหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากเม็ดบดและกระบวนการแยกในขั้นถัดไป ซึ่งจำเป็นเมื่อใช้เครื่องบดแบบเม็ดบดทั่วไปได้ เนื่องจากอนุภาคแตกจากการชนระหว่างอนุภาคด้วยความเร็วสูงมากถึง 280m/sec จึงมีแรงสูงเป็นพิเศษกระทำต่ออนุภาค ทำให้อนุภาคแตกเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กมาก แรงเสียดทานและการกร่อนทำให้ชิ้นส่วนอนุภาคเหล่านั้นมีผิวเรียบและรูปร่างสม่ำเสมอ การผสานแรงเฉือนกับการชนระหว่างอนุภาคทำให้การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกมีข้อได้เปรียบ โดยให้สารแขวนลอยคอลลอยด์และระบบกระจายตัวที่มีความเป็นเนื้อเดียวกันสูง!
ประโยชน์อีกประการของแรงเฉือนสูงที่เกิดจากอัลตราโซนิกคือผลของการลดความหนืดเมื่อได้รับแรงเฉือน ตัวอย่างเช่น เรซินอีพ็อกซีที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิกและเติม CNTs ที่ผ่านการออกซิไดซ์แสดงพฤติกรรมการลดความหนืดเมื่อได้รับแรงเฉือน เนื่องจากพฤติกรรมนี้ลดความหนืดของของไหลชั่วคราว จึงช่วยให้การแปรรูปวัสดุคอมโพสิตที่มีความหนืดทำได้ง่ายขึ้น

ลำดับภาพความเร็วสูง (จาก a ถึง f) แสดงการแยกชั้นเกล็ดกราไฟต์ในน้ำด้วยกลไกเชิงกลจากอัลตราโซนิกโดยใช้ UP200S ซึ่งเป็นเครื่องอัลตราโซนิกกำลัง 200W พร้อมโซโนโทรดขนาด 3-mm ลูกศรแสดงตำแหน่งที่แยกออก (การแยกชั้น) โดยมีฟองคาวิเทชันแทรกเข้าไปในรอยแยก
(การศึกษาและภาพ:© Tyurnina et al. 2020)

การเปรียบเทียบสารเติมแต่งระดับนาโนชนิดต่าง ๆ ที่กระจายในสารทำให้แข็ง (การใช้คลื่นอัลตราโซนิก–US): (a) เส้นใยนาโนคาร์บอน (CNF) 0.5 wt%; (b) CNToxi 0.5 wt%; (c) ท่อนาโนคาร์บอน (CNT) 0.5 wt%; (d) CNT 0.5 wt% ที่กระจายตัวบางส่วน
(การศึกษาและภาพ: © Zanghellini et al., 2021)

เครื่องอัลตราโซนิกกำลังสูงสำหรับการพัฒนาสูตรกาวสมรรถนะสูง

Hielscher Ultrasonics เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านอุปกรณ์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการแปรรูปของเหลวและสลาร์รี เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้แปรรูปวัสดุที่มีความหนืดสูง เช่น เรซินที่มีสารเติมแต่งในปริมาณสูง และทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุนาโนกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในวัสดุคอมโพสิต
การควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราโซนิกอย่างแม่นยำ เช่น แอมพลิจูด พลังงานที่ป้อนเข้า อุณหภูมิ ความดัน และเวลา ช่วยให้ปรับแต่งกาวในระดับนาโนเมตรได้
ไม่ว่าสูตรของคุณจะต้องการการกระจายสารเติมแต่งระดับนาโนชนิดอินทรีย์หรืออนินทรีย์ เช่น ท่อนาโน ผลึกนาโนเซลลูโลส (CNCs) เส้นใยนาโน หรือโลหะนาโน Hielscher Ultrasonics มีชุดอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสูตรกาวของคุณ
เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics ให้แอมพลิจูดสูงมากได้ และสามารถสลายการเกาะกลุ่มและกระจายวัสดุนาโนได้แม้ที่ความหนืดสูงมาก สามารถทำงานต่อเนื่องด้วยแอมพลิจูดสูงถึง 200µm ในการทำงานแบบ 24/7 ได้อย่างง่ายดาย
เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการยอมรับด้านคุณภาพ ความน่าเชื่อถือ และความทนทาน Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: