Keo dẫn điện nano cho thiết bị điện tử hiệu năng cao
Máy phân tán siêu âm được sử dụng như một kỹ thuật trộn và nghiền đáng tin cậy trong sản xuất keo hiệu năng cao cho thiết bị điện tử hiệu năng cao và thiết bị điện tử nano. Trong sản xuất thiết bị điện tử hiệu năng cao, các loại keo như keo dẫn điện nano có nhu cầu sử dụng cao. Những loại keo hiệu năng cao này được sử dụng, chẳng hạn, làm các mối liên kết thay thế và có thể thay thế vật liệu hàn thiếc/chì.
Keo hiệu năng cao cho thiết bị điện tử hiệu năng cao
Để sản xuất thiết bị điện tử hiệu năng cao, cần có các loại keo có độ bám dính cao với kim loại và khả năng dẫn nhiệt để tách nhiệt và cách điện. Các hạt nano như bạc, niken, graphene, graphene oxit và ống nano carbon (CNTs) thường được đưa vào nhựa epoxy và polyme để đạt được các đặc tính chức năng mong muốn như khả năng dẫn điện hoặc cách điện, khả năng dẫn nhiệt, độ bền kéo, mô đun Young và tính mềm dẻo. Các loại keo hiệu năng cao được phát triển cho thiết bị điện tử hiệu năng cao sử dụng chất độn kim loại (như hạt nano bạc, vàng, niken hoặc đồng) để tạo khả năng dẫn điện. Để phát huy các đặc tính vượt trội của những vật liệu này, kích thước của chúng phải được giảm xuống thang nano. Vì việc giảm kích thước và phân tán hạt nano là một nhiệm vụ đầy thách thức, công nghệ nghiền và phân tán mạnh mẽ là yếu tố then chốt để tạo ra các công thức keo thành công.
- Keo dẫn điện (ECA)
- – Keo dẫn điện đẳng hướng (ICA)
- – Keo dẫn điện dị hướng (ACA)
- Keo không dẫn điện / cách điện
Hệ thống máy phân tán siêu âm lắp đặt trong công nghiệp (2x UIP1000hdT) để xử lý hạt nano và ống nano ở chế độ liên tục trên dòng.
Phân tán bằng siêu âm mang lại nhiều ưu điểm so với các kỹ thuật trộn và nghiền truyền thống. Nhờ độ tin cậy và hiệu quả, xử lý bằng siêu âm đã được ứng dụng vững chắc trong xử lý vật liệu nano và có thể được tìm thấy trong mọi ngành công nghiệp có hoạt động tổng hợp hạt nano và/hoặc đưa chúng vào chất lỏng. Do đó, xử lý bằng siêu âm là kỹ thuật lý tưởng để sản xuất keo dẫn điện nano chứa các chất độn nano như hạt nano, dây nano hoặc ống nano carbon và các đơn lớp graphene (tấm nano).
ECAs: Một ví dụ điển hình là việc pha chế keo dẫn điện (ECAs), là các vật liệu composite được tạo thành từ nền polyme và chất độn dẫn điện. Để pha chế keo hiệu năng cao cho các ứng dụng điện tử, nhựa polyme (ví dụ: epoxy, silicone, polyimide) phải cung cấp các chức năng vật lý và cơ học như độ bám dính, độ bền cơ học, độ bền va đập, trong khi chất độn kim loại (ví dụ: nano bạc, nano vàng, nano niken hoặc nano đồng) tạo ra khả năng dẫn điện vượt trội. Đối với keo có đặc tính cách điện, các chất độn gốc khoáng được đưa vào vật liệu composite kết dính.
Trước và sau khi xử lý bằng siêu âm: Đường cong màu xanh lá cho thấy kích thước hạt trước khi xử lý bằng siêu âm, đường cong màu đỏ biểu thị phân bố kích thước hạt của silica được phân tán bằng siêu âm.
Phân tán vật liệu nano vào keo có độ nhớt cao bằng siêu âm
Máy đồng hóa siêu âm rất hiệu quả khi cần giảm kích thước một cách đáng tin cậy các cụm kết tụ, tập hợp hạt và thậm chí cả các hạt sơ cấp. Ưu điểm của máy trộn siêu âm là khả năng nghiền hạt xuống kích thước nhỏ hơn và đồng đều hơn, bất kể kết quả xử lý hướng đến là hạt micromet hay hạt nano. Trong khi các công nghệ khác như máy trộn cánh hoặc rôto–stato, máy đồng hóa áp suất cao, máy nghiền bi, v.v. có những nhược điểm như không thể tạo ra các hạt nano nhỏ đồng đều, nhiễm bẩn do vật liệu nghiền, tắc vòi phun và tiêu thụ năng lượng cao, máy phân tán siêu âm sử dụng nguyên lý hoạt động của hiện tượng xâm thực âm học. Hiện tượng xâm thực do siêu âm tạo ra đã được chứng minh là có hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng và có khả năng phân tán ngay cả những vật liệu có độ nhớt rất cao như các hỗn hợp dạng nhão chứa hạt nano.
Hạt nano PLGA. (A): Phân bố kích thước của các hạt được tạo ra ở nồng độ polyme/ công suất siêu âm là 2%/ 32W, 5%/ 32W và 2%/ 25W%; thời gian lưu = 14 s. (B),(C): Ảnh SEM của các hạt được tạo ra từ dung dịch polyme 2 và 5%, tương ứng. Thời gian lưu = 14s; công suất siêu âm = 32W. Các vạch tỷ lệ biểu thị 1 micromet.
(Nghiên cứu và hình ảnh: © Freitas và cộng sự, 2006)
Phân tán bằng siêu âm hoạt động như thế nào?
Lực cắt do xâm thực và các dòng chất lỏng làm tăng tốc các hạt để chúng va chạm với nhau. Hiện tượng này được gọi là va chạm giữa các hạt. Bản thân các hạt đóng vai trò là vật liệu nghiền, giúp tránh nhiễm bẩn do bi nghiền và tránh công đoạn tách tiếp theo vốn cần thiết khi sử dụng máy nghiền bi thông thường. Vì các hạt vỡ ra do va chạm với nhau ở tốc độ rất cao, lên đến 280m/sec, các lực cực lớn tác động lên hạt, khiến chúng vỡ thành những phần rất nhỏ. Ma sát và xói mòn tạo cho các mảnh hạt này bề mặt nhẵn bóng và hình dạng đồng đều. Sự kết hợp giữa lực cắt và va chạm giữa các hạt mang lại lợi thế cho quá trình đồng hóa và phân tán bằng siêu âm, tạo ra các huyền phù keo và hệ phân tán có độ đồng nhất cao!
Một lợi ích khác của lực cắt lớn do siêu âm tạo ra là hiệu ứng giảm độ nhớt khi chịu cắt. Chẳng hạn, nhựa epoxy chứa chất độn CNT đã oxy hóa được điều chế bằng siêu âm thể hiện đặc tính giảm độ nhớt khi chịu cắt. Vì hiệu ứng này tạm thời làm giảm độ nhớt của chất lưu, việc xử lý các vật liệu composite có độ nhớt cao trở nên dễ dàng hơn.
Một chuỗi khung hình tốc độ cao (từ a đến f) minh họa quá trình bóc tách cơ học bằng siêu âm một vảy graphit trong nước bằng UP200S, máy siêu âm 200W có đầu siêu âm 3-mm. Các mũi tên chỉ vị trí tách lớp (bóc tách), nơi các bọt xâm thực xâm nhập vào khe tách.
(Nghiên cứu và hình ảnh:© Tyurnina và cộng sự 2020)
UIP1000hdT – Hệ thống siêu âm để bàn dùng để điều chế vật liệu nanocomposite, ví dụ cho keo hiệu năng cao.
- xử lý nano hiệu quả cao: hiệu quả và tiết kiệm thời gian
- có thể điều chỉnh cho phù hợp với các công thức sản phẩm cụ thể
- xử lý đồng đều
- các điều kiện xử lý có thể được kiểm soát chính xác
- kết quả có thể tái lập
- hiệu quả chi phí
- vận hành an toàn
- lắp đặt đơn giản, ít cần bảo trì
- mở rộng quy mô tuyến tính đến bất kỳ thể tích nào
- thân thiện với môi trường
So sánh các chất độn nano khác nhau được phân tán trong chất đóng rắn (xử lý bằng siêu âm – US): (a) 0,5 wt% sợi nano carbon (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% ống nano carbon (CNT); (d) 0,5 wt% CNT được phân tán một phần.
(Nghiên cứu và hình ảnh: © Zanghellini và cộng sự, 2021)
Máy siêu âm công suất cao để pha chế keo hiệu năng cao
Hielscher Ultrasonics là chuyên gia về thiết bị siêu âm hiệu năng cao để xử lý chất lỏng và bùn huyền phù. Máy phân tán siêu âm cho phép xử lý các vật liệu có độ nhớt rất cao như nhựa có hàm lượng chất độn cao và bảo đảm sự phân bố đồng đều của vật liệu nano trong vật liệu composite.
Khả năng kiểm soát chính xác các thông số xử lý bằng siêu âm như biên độ, năng lượng đầu vào, nhiệt độ, áp suất và thời gian cho phép tùy chỉnh keo ở thang nanomet.
Dù công thức của bạn yêu cầu phân tán chất độn nano hữu cơ hay vô cơ như ống nano, tinh thể nano cellulose (CNCs), sợi nano hay kim loại nano, Hielscher Ultrasonics đều có hệ thống siêu âm lý tưởng cho công thức keo của bạn.
Các bộ xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể tạo ra biên độ rất cao và có khả năng phá kết tụ và phân tán vật liệu nano ngay cả ở độ nhớt rất cao. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm trong chế độ vận hành 24/7.
Máy siêu âm Hielscher được công nhận về chất lượng, độ tin cậy và độ bền vững. Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến máy siêu âm hiệu năng cao có công nghệ tiên tiến nhất và dễ sử dụng. Tất nhiên, máy siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm máy UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng hóa siêu âm hiệu năng cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ hóa và chiết xuất ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Zanghellini, B.; Knaack,P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Aradhana, Ruchi; Mohanty, Smita; Nayak, Sanjay (2019): High performance electrically conductive epoxy/reduced graphene oxide adhesives for electronics packaging applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 30(4), 2019.
- A. Montazeri, M. Chitsazzadeh (2014): Effect of sonication parameters on the mechanical properties of multi-walled carbon nanotube/epoxy composites. Materials & Design Vol. 56, 2014. 500-508.
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng hóa siêu âm hiệu năng cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến công nghiệp.