Zastosowanie rozpylania ultradźwiękowego w przygotowaniu nanomateriałów?

Ultradźwiękowe natryskiwanie atomizujące (UAS) to technologia wykorzystująca wibracje ultradźwiękowe do rozbijania płynnych surowców na kropelki wielkości mikronów/nanometrów-, które następnie są transportowane do podłoża lub strefy reakcji za pośrednictwem gazu nośnego. Nanomateriały są następnie przygotowywane poprzez suszenie, spiekanie lub reakcje chemiczne. Jego podstawowe zalety to równomierna wielkość kropli (do 1-10 μm), precyzyjna i kontrolowana grubość powłoki (na poziomie nm-μm), brak uszkodzeń mechanicznych i wysokie wykorzystanie surowca. Znajduje szerokie zastosowanie w przygotowywaniu nanofilmów, nanoproszków i materiałów nanokompozytowych i szczególnie nadaje się do zaawansowanych dziedzin, takich jak elektronika precyzyjna, nowa energia i biomedycyna.

 

1. Produkcja nanofilmów (większość zastosowań głównego nurtu)

Scenariusze zastosowań:

◆Urządzenia półprzewodnikowe/elektroniczne: Nanofolie przewodzące (np. ITO, grafen, folie nanorurek węglowych), folie izolacyjne, powłoki fotorezystywne;

◆Nowa energia: folie elektrod do akumulatorów litowo-jonowych (nanokrzem, powłoki z fosforanu litowo-żelazowego), membrany do wymiany protonów w ogniwach paliwowych (modyfikacja folii Nafion), warstwy pochłaniające światło w ogniwach słonecznych (warstwy z kropkami kwantowymi);

◆Powłoki funkcjonalne: przezroczyste-folie termoizolacyjne (powłoki nanoTiO₂, ZrO₂), folie antybakteryjne (powłoki z nanosrebra, tlenku cynku), folie-samoczyszczące (powłoki hydrofobowe nanoSiO₂).

Zalety techniczne:

◆ Doskonała jednorodność powłoki: Jednolity rozmiar kropel pozwala uniknąć defektów powłoki (takich jak porów i pęknięć) spowodowanych „agregacją kropel” podczas tradycyjnego natryskiwania;

◆ Precyzyjna i kontrolowana grubość: Grubość powłoki w skali od nano do mikrometra- (np. 10 nm–5 μm) można uzyskać, dostosowując częstotliwość atomizacji (20–180 kHz), natężenie przepływu cieczy (0,1–10 ml/min) i czas natryskiwania;

◆ Przygotowanie w-niskiej temperaturze: niska energia kinetyczna, gdy kropelki uderzają w podłoże, pozwala na przygotowanie w temperaturze pokojowej lub w temperaturach średnich i niskich (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Typowe przypadki:

◆Grafenowa przezroczysta folia przewodząca: Dyspersja grafenu jest atomizowana ultradźwiękowo i natryskiwana na szklane lub elastyczne podłoże PET. Po suszeniu w niskiej-temperaturze powstaje folia odporna na ścieranie<100 Ω/□ and a light transmittance >Powstaje w 90%, nadaje się do ekranów dotykowych i elastycznych urządzeń wyświetlających;

◆Akumulator litowo-jonowy-Powłoka anodowa na bazie krzemu-: Dyspersja nano-cząstek krzemu jest natryskiwana na podłoże z folii miedzianej, tworząc jednolitą powłokę na bazie krzemu-(o grubości 500 nm–2 μm), poprawiającą pojemność akumulatora i stabilność cyklu.

2. Przygotowanie nanoproszku

Scenariusze zastosowań:

◆Nanoproszki metali/stopów (np. nano-srebra, miedzi, proszku niklu): stosowane w pastach przewodzących, katalizatorach i surowcach do druku 3D;

◆Nanoproszki tlenkowe (np. proszek TiO₂, ZnO, Al₂O₃): stosowane w materiałach fotokatalitycznych, surowcach ceramicznych i dodatkach powłokowych;

◆Nanoproszki kompozytowe (np. Fe₃O₄@SiO₂, proszek kropki kwantowej): stosowane w czujnikach biologicznych, sondach fluorescencyjnych i materiałach do przechowywania magnetycznego.

Zalety techniczne:

◆ Jednolita wielkość cząstek proszku: Kontrolowana wielkość kropel skutkuje wąskim rozkładem wielkości cząstek (zwykle 10-100 nm);

◆ Wysoka czystość: Krople reagują w fazie gazowej, unikając wprowadzania zanieczyszczeń, jak w przypadku tradycyjnej obróbki na mokro;

◆ Kontrolowana morfologia: dostosowując temperaturę reakcji, natężenie przepływu gazu nośnego i stężenie prekursora, można przygotować nanoproszki o różnej morfologii, takiej jak cząstki kuliste, płatkowe i-w kształcie pręcików.

Typowy przypadek:

◆ Przygotowanie nano-proszku srebra: Roztwór azotanu srebra miesza się ze środkiem redukującym (takim jak glikol etylenowy), atomizuje, a następnie przepuszcza do reaktora o temperaturze 300 stopni w celu redukcji i wytworzenia sferycznego proszku srebra o wielkości cząstek 20–50 nm, stosowanego w pastach elektronicznych (takich jak opakowania LED i elektrody do ogniw fotowoltaicznych).