Yüksek Performanslı Elektronik İçin Nano İletken Yapıştırıcılar

Ultrasonik disperserler, yüksek performanslı elektronik ve nanoelektronik için yüksek performanslı yapıştırıcıların üretiminde güvenilir bir karıştırma ve öğütme tekniği olarak kullanılır. Yüksek performanslı elektronik üretiminde nano iletken yapıştırıcılar gibi yapıştırıcılara yüksek talep vardır. Bu tür yüksek performanslı yapıştırıcılar, örneğin alternatif ara bağlantılar olarak kullanılır ve kalay/kurşun lehimin yerini alabilir.

Yüksek Performanslı Elektronik İçin Yüksek Performanslı Yapıştırıcılar

Yüksek performanslı elektronik üretimi için metallere yüksek yapışma özelliğine ve ısıl ayrıştırma ve yalıtım için yüksek ısı iletkenliğine sahip yapıştırıcılar gereklidir. Elektrik iletkenliği veya yalıtım, ısı iletkenliği, çekme dayanımı, Young modülü ve esneklik gibi istenen işlevsel özellikleri elde etmek için gümüş, nikel, grafen, grafen oksit ve karbon nanotüpler (CNT’ler) gibi nanopartiküller sıklıkla epoksi reçinelere ve polimerlere katılır. Yüksek performanslı elektronik için geliştirilen yüksek performanslı yapıştırıcılarda, elektrik iletkenliği sağlamak üzere metal dolgular (gümüş, altın, nikel veya bakır nanopartikülleri gibi) kullanılır. Bu malzemelerin olağanüstü özelliklerini ortaya çıkarmak için boyutlarının nano ölçeğe indirilmesi gerekir. Nanopartiküllerin boyutunu küçültmek ve dispersiyonunu sağlamak zorlu bir iş olduğundan, güçlü bir öğütme ve dispersiyon teknolojisi başarılı yapıştırıcı formülasyonlarının anahtarıdır.

Ultrasonik dispersiyon, geleneksel karıştırma ve öğütme tekniklerine kıyasla çeşitli avantajlar sunar. Güvenilirliği ve etkinliği sayesinde sonikasyon, nanomalzeme işlemede yerleşik bir yöntem haline gelmiştir ve nanopartiküllerin sentezlendiği ve/veya sıvılara katıldığı her sektörde görülebilir. Bu nedenle sonikasyon, nanopartiküller, nanoteller veya karbon nanotüpler ve grafen tek katmanları (nanotabakalar) gibi nano dolgular içeren nano iletken yapıştırıcıların üretimi için ideal tekniktir.
ECA’lar: Öne çıkan bir örnek, polimer bir matris ve elektrik iletken dolgulardan oluşan kompozitler olan elektrik iletken yapıştırıcıların (ECA’ların) formülasyonudur. Elektronik uygulamalar için yüksek performanslı bir yapıştırıcı formüle etmek üzere polimer bir reçinenin (örneğin epoksi, silikon, poliimid) yapışma, mekanik dayanım ve darbe dayanımı gibi fiziksel ve mekanik işlevleri sağlaması gerekirken, metal dolgu (örneğin nano gümüş, nano altın, nano nikel veya nano bakır) üstün elektrik iletkenliği oluşturur. Yalıtım özelliklerine sahip yapıştırıcılarda, yapıştırıcı kompozitine mineral bazlı dolgular katılır.

Sonikasyondan önce ve sonra: Yeşil eğri sonikasyon öncesindeki partikül boyutunu gösterir; kırmızı eğri ise ultrasonik olarak disperse edilmiş silikanın partikül boyutu dağılımıdır.

Nanomalzemelerin Viskoz Yapıştırıcılara Ultrasonik Dispersiyonu

Ultrasonik homojenizatörler, partikül aglomeralarının, agregalarının ve hatta birincil partiküllerin boyutlarının güvenilir biçimde küçültülmesi gerektiğinde çok etkilidir. Ultrasonik karıştırıcıların avantajı, işlem sonucunda ister mikron boyutlu ister nano boyutlu partiküller hedeflensin, partikülleri daha küçük ve daha homojen boyutlara kadar öğütebilmeleridir. Kanatlı veya rotor-stator karıştırıcılar, yüksek basınçlı homojenizatörler, boncuklu değirmenler vb. diğer teknolojiler homojen biçimde küçük nanopartiküller üretememe, öğütme ortamından kaynaklanan kontaminasyon, tıkanmış nozullar ve yüksek enerji tüketimi gibi dezavantajlar gösterirken, ultrasonik disperserler akustik kavitasyonun çalışma prensibini kullanır. Ultrasonun oluşturduğu kavitasyonun son derece etkili ve enerji açısından verimli olduğu, nanopartikül yüklü pastalar gibi yüksek viskoziteli malzemeleri bile disperse edebildiği gösterilmiştir.

Ultrasonik Dispersiyon Nasıl Çalışır?

Kavitasyon kaynaklı kesme kuvvetleri ve sıvı akımları, partikülleri birbirleriyle çarpışacak şekilde hızlandırır. Bu, partiküller arası çarpışma olarak bilinir. Partiküllerin kendileri öğütme ortamı görevi görür; bu da öğütme boncuklarından kaynaklanan kontaminasyonu ve geleneksel boncuklu değirmenler kullanıldığında gerekli olan sonraki ayırma işlemini önler. Partiküller, 280m/sec değerine kadar ulaşan çok yüksek hızlarda partiküller arası çarpışmayla parçalandığından, üzerlerine olağanüstü yüksek kuvvetler etki eder ve bu nedenle çok küçük parçalara ayrılırlar. Sürtünme ve erozyon, bu partikül parçalarına parlatılmış bir yüzey ve homojen bir şekil kazandırır. Kesme kuvvetleri ve partiküller arası çarpışmanın birleşimi, son derece homojen kolloidal süspansiyonlar ve dispersiyonlar elde edilmesini sağlayarak ultrasonik homojenizasyon ve dispersiyona avantaj kazandırır!
Ultrasonun oluşturduğu yüksek kesme kuvvetlerinin bir diğer faydası da kesmeyle incelme etkisidir. Örneğin, oksitlenmiş CNT’lerle doldurulmuş, ultrasonik olarak hazırlanmış epoksi reçineler kesmeyle incelme davranışı gösterir. Kesmeyle incelme sıvının viskozitesini geçici olarak düşürdüğünden, viskoz kompozitlerin işlenmesi kolaylaşır.

3-mm sonotrotlu, 200W gücündeki UP200S sonikatörü kullanılarak bir grafit pulunun suda sonomekanik eksfoliasyonunu gösteren yüksek hızlı bir kare dizisi (a’dan f’ye). Oklar, kavitasyon kabarcıklarının yarığın içine girdiği ayrılma (eksfoliasyon) yerini gösterir.
(Çalışma ve görüntüler:© Tyurnina et al. 2020)

Sertleştiricide disperse edilmiş farklı nano dolguların karşılaştırması (sonikasyon – US): (a) 0,5 wt% karbon nanolif (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% karbon nanotüp (CNT); (d) kısmen disperse edilmiş 0,5 wt% CNT.
(Çalışma ve görüntü: © Zanghellini et al., 2021)

Yüksek Performanslı Yapıştırıcıların Formülasyonu İçin Yüksek Güçlü Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, sıvı ve bulamaç işleme için yüksek performanslı ultrasonik ekipman konusunda uzmandır. Ultrasonik disperserler, yüksek dolgu içeriğine sahip reçineler gibi yüksek viskoziteli malzemelerin işlenmesine olanak tanır ve nanomalzemelerin kompozitler içinde homojen dağılımını sağlar.
Genlik, enerji girdisi, sıcaklık, basınç ve süre gibi ultrasonik işlem parametrelerinin hassas kontrolü, yapıştırıcıların nanometre aralığında gereksinimlere göre uyarlanmasına olanak tanır.
Formülasyonunuz ister organik ister inorganik nano dolguların, örneğin nanotüplerin, selüloz nanokristallerinin (CNC’lerin), nanoliflerin veya nano metallerin dispersiyonunu gerektirsin, Hielscher Ultrasonics yapıştırıcı formülasyonunuz için ideal ultrasonik düzeneğe sahiptir.
Hielscher Ultrasonics firmasının endüstriyel ultrasonik işlemcileri çok yüksek genlikler sağlayabilir ve çok yüksek viskozitelerde bile nanomalzemelerin deaglomerasyonunu ve dispersiyonunu gerçekleştirebilir. 200µm değerine kadar genliklerle 24/7 çalışma düzeninde kolayca kesintisiz çalışılabilir.
Hielscher sonikatörleri kaliteleri, güvenilirlikleri ve sağlamlıklarıyla tanınır. Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknolojiye ve kullanım kolaylığına sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir: