Нанопровідні клеї для високопродуктивної електроніки

Ультразвукові диспергатори використовуються як надійна техніка змішування та подрібнення при виробництві високоефективних клеїв для високопродуктивної електроніки та наноелектроніки. У виробництві високопродуктивної електроніки високим попитом користуються такі клеї, як нанопровідні клеї. Такі високоефективні клеї використовуються, наприклад, як альтернативні з'єднувальні з'єднання і можуть замінити олов'яно-свинцевий припій.

Високоефективні клеї для високопродуктивної електроніки

Для виробництва високопродуктивної електроніки потрібні клеї з високою клейкою здатністю металу і теплопровідністю для розв'язки тепла і ізоляції. Наночастинки, такі як срібло, нікель, графен, оксид графену та вуглецеві нанотрубки (CNT), часто включають в епоксидні смоли та полімери для отримання бажаних функціональних властивостей, таких як електропровідність або ізоляція, теплопровідність, міцність на розрив, модуль Янга та гнучкість. У високоефективних клеях, розроблених для високопродуктивної електроніки, використовуються металеві наповнювачі (такі як наночастинки срібла, золота, нікелю або міді) для забезпечення електропровідності. Для того, щоб розкрити надзвичайні властивості цих матеріалів, їх розмір повинен бути зменшений до наномасштабу. Оскільки зменшення розміру та дисперсність наночастинок є складним завданням, потужна технологія подрібнення та диспергування є ключем до успішного створення клейових формул.

Ультразвукове диспергування має різноманітні переваги в порівнянні з традиційними методами змішування та подрібнення. Завдяки своїй надійності та ефективності, ультразвук був встановлений у обробці наноматеріалів і може бути знайдений у будь-якій галузі, де наночастинки синтезуються та/або включаються в рідини. Таким чином, ультразвук є ідеальною технікою для виробництва нанопровідних клеїв, які містять нанонаповнювачі, такі як наночастинки, нанодроти або вуглецеві нанотрубки та графенові моношари (нанолисти).
ЕКА: Яскравим прикладом є формулювання електропровідних клеїв (ECA), які є композитами, виготовленими з полімерної матриці та електропровідних наповнювачів. Щоб розробити високоефективний клей для електронних застосувань, полімерна смола (наприклад, епоксидна, силіконова, поліімідна) повинна забезпечувати фізичні та механічні функції, такі як адгезія, механічна міцність, ударна в'язкість, тоді як металевий наповнювач (наприклад, нано-срібло, нано-золото, нано-нікель або нано-мідь) створює чудову електропровідність. Для клеїв з ізоляційними властивостями в клейовий композит включають наповнювачі на мінеральній основі.

До і після ультразвукового випромінювання: зелена крива показує розмір частинок до ультразвукового звуку, червона крива - це розподіл частинок за розміром ультразвукового дисперсного кремнезему.

Ультразвукове диспергування наноматеріалів у в'язкі клеї

Ультразвукові гомогенізатори дуже ефективні, коли агломерати частинок, агрегати і навіть первинні частинки повинні бути надійно зменшені в розмірах. Перевагою ультразвукових міксерів є їх здатність подрібнювати частинки до більш дрібних і однорідних розмірів, незалежно від того, чи націлені мікронні або наночастинки в результаті процесу. У той час як інші технології, такі як лопатеві або роторно-статорні змішувачі, гомогенізатори високого тиску, гранульовані млини і т.д., демонструють недоліки, такі як нездатність виробляти рівномірно малі наночастинки, забруднення фрезерними середовищами, забиті сопла і високе енергоспоживання, ультразвукові диспергатори використовують робочий принцип акустичної кавітації. Кавітація, що генерується ультразвуком, була продемонстрована як високоефективна, енергоефективна та здатна диспергувати навіть високов'язкі матеріали, такі як пасти, навантажені наночастинками.

Як працює ультразвукове диспергування?

Кавітаційні зсувні сили і потоки рідини розганяють частинки так, що вони стикаються один з одним. Це відомо як зіткнення між частинками. Самі частинки виступають в якості фрезерного середовища, що дозволяє уникнути забруднення шляхом подрібнення кульок і подальшого процесу сепарації, який необхідний, коли використовуються звичайні бісерні фрези. Оскільки частинки розбиваються при зіткненні між частинками на дуже високих швидкостях до 280 м/сек, на частинки діють надзвичайно високі сили, які тому розбиваються на дрібні фракції. Тертя та ерозія надають цим фрагментам частинок поліровану поверхню та форму однорідної форми. Комбінація зсувних сил і зіткнення між частинками надає ультразвуковій гомогенізації та дисперсії вигідну перевагу, забезпечуючи високооднорідні колоїдні суспензії та дисперсії!
Ще однією перевагою високих зсувних сил, що генеруються ультразвуком, є ефект зсуву-витончення. Наприклад, ультразвуково приготовлені епоксидні смоли, заповнені окисленими ВНТ, демонструють поведінку зсуву. Оскільки зсув-витончення тимчасово знижує в'язкість рідини, полегшується обробка в'язких композитів.

Високошвидкісна послідовність (від a до f) кадрів, що ілюструє сономеханічне відлущування графітової луски у воді за допомогою ультразвукового апарату UP200S потужністю 200 Вт з сонотродом 3 мм. Стрілками показано місце розщеплення (відлущування) з кавітаційними бульбашками, що проникають в розщепів.
(Дослідження та ілюстрації: © Тюрніна та ін., 2020)

Порівняння різних нанонаповнювачів, диспергованих у затверджувачі (ультразвук — УЗД): (a) вуглецеве нановолокно (CNF) з вмістом 0,5 мас.%; б) 0,5 мас.% ЦНТоксі; (c) вуглецева нанотрубка (CNT) потужністю 0,5 мас.%; (d) 0,5 мас.% ВНТ напівдисперсний.
(Дослідження та ілюстрація: © Zanghellini et al., 2021)

Потужні ультразвукові апарати для створення високоефективних клеїв

Hielscher Ultrasonics є фахівцем, коли мова йде про високопродуктивне ультразвукове обладнання для обробки рідин і суспензій. Ультразвукові диспергатори дозволяють обробляти високов'язкі матеріали, такі як високонаповнені смоли, і забезпечують рівномірний розподіл наноматеріалів всередині композитів.
Точний контроль параметрів ультразвукового процесу, таких як амплітуда, вхідна енергія, температура, тиск і час, дозволяє виготовляти клеї в нанометровому діапазоні.
Незалежно від того, чи потрібна ваша формула диспергування органічних або неорганічних нанонаповнювачів, таких як нанотрубки, нанокристали целюлози (ЧПУ), нановолокна або нанометали, Hielscher Ultrasonics має ідеальну ультразвукову установку для вашої клейової формули.
Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди і здатні деагломерувати і диспергувати наноматеріали навіть при дуже високій в'язкості. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7.
Ультразвукові апарати Hielscher визнані за свою якість, надійність і міцність. Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: