Εφαρμογή Ψεκασμού Ατομοποίησης Υπερήχων στην Παρασκευή Νανοϋλικών;

Ο ψεκασμός με ψεκασμό υπερήχων (UAS) είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί δόνηση υπερήχων για τη διάσπαση των υγρών πρώτων υλών σε σταγονίδια μεγέθους μικρών/νανομέτρων-, τα οποία στη συνέχεια μεταφέρονται σε υπόστρωμα ή ζώνη αντίδρασης μέσω ενός φέροντος αερίου. Στη συνέχεια, τα νανοϋλικά παρασκευάζονται μέσω ξήρανσης, πυροσυσσωμάτωσης ή χημικών αντιδράσεων. Τα βασικά του πλεονεκτήματα έγκεινται στο ομοιόμορφο μέγεθος σταγονιδίων (έως 1-10 μm), το ακριβές και ελεγχόμενο πάχος επίστρωσης (επίπεδο nm-μm), την απουσία μηχανικών βλαβών και την υψηλή χρήση πρώτων υλών. Έχει εφαρμοστεί ευρέως στην παρασκευή νανοφίλμ, νανοσκονών και νανοσύνθετων υλικών και είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για πεδία υψηλών προδιαγραφών όπως τα ηλεκτρονικά ακριβείας, η νέα ενέργεια και η βιοϊατρική.

 

1. Κατασκευή Nanofilm (Πιο κύρια εφαρμογή)

Σενάρια εφαρμογής:

◆Ημιαγωγοί/Ηλεκτρονικές συσκευές: Αγώγιμα νανοφίλμ (π.χ. ITO, γραφένιο, μεμβράνες νανοσωλήνων άνθρακα), μονωτικά φιλμ, φωτοανθεκτικές επικαλύψεις.

◆Νέα ενέργεια: Μεμβράνες ηλεκτροδίων μπαταρίας ιόντων λιθίου- (νανοπυρίτιο, επιστρώσεις φωσφορικού σιδήρου λιθίου), μεμβράνες ανταλλαγής πρωτονίων κυψελών καυσίμου (τροποποίηση φιλμ Nafion), στρώματα απορρόφησης φωτός ηλιακών κυψελών (μεμβράνες κβαντικών κουκκίδων).

◆ Λειτουργικές επικαλύψεις: Διαφανείς θερμομονωτικές-μεμβράνες (επικαλύψεις nanoTiO2, ZrO2), αντιβακτηριδιακές μεμβράνες (νανοάργυρος, επικαλύψεις οξειδίου του ψευδαργύρου), αυτοκαθαριζόμενες μεμβράνες (nanoSiO2 υδρόφοβες επικαλύψεις).

Τεχνικά πλεονεκτήματα:

◆ Εξαιρετική ομοιομορφία μεμβράνης: Το ομοιόμορφο μέγεθος σταγονιδίων αποφεύγει ελαττώματα επίστρωσης (όπως τρύπες και ρωγμές) που προκαλούνται από "συσσωμάτωση σταγονιδίων" στον παραδοσιακό ψεκασμό.

◆ Ακριβές και ελεγχόμενο πάχος: Το πάχος επίστρωσης από νανοκλίμακα έως μικρόμετρο-(π.χ. 10 nm-5 μm) μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας τη συχνότητα ψεκασμού (20-180 kHz), την ταχύτητα ροής υγρού (0,1-10 mL/min) και τον χρόνο ψεκασμού.

◆ Χαμηλή-Προετοιμασία θερμοκρασίας: Η χαμηλή κινητική ενέργεια όταν τα σταγονίδια προσκρούουν στο υπόστρωμα επιτρέπει την προετοιμασία σε θερμοκρασία δωματίου ή σε μεσαίες έως χαμηλές θερμοκρασίες (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Τυπικές περιπτώσεις:

◆ Διαφανές αγώγιμο φιλμ γραφενίου: Η διασπορά γραφενίου ψεκάζεται με υπερήχους και ψεκάζεται σε γυάλινο ή εύκαμπτο υπόστρωμα PET. Μετά από στέγνωμα σε χαμηλή-θερμοκρασία, ένα φιλμ με αντίσταση φύλλου<100 Ω/□ and a light transmittance >Το 90% σχηματίζεται, κατάλληλο για οθόνες αφής και ευέλικτες συσκευές προβολής.

◆Επίστρωση ανόδου με βάση το πυρίτιο-ιόντων λιθίου: Η διασπορά σωματιδίων νανο-πυριτίου ψεκάζεται σε ένα υπόστρωμα φύλλου χαλκού για να σχηματιστεί μια ομοιόμορφη επίστρωση με βάση το πυρίτιο- (πάχος 500 nm-2 μm), βελτιώνοντας τη χωρητικότητα και τον κύκλο της μπαταρίας.

2. Παρασκευή Νανοσκόνης

Σενάρια εφαρμογής:

◆ Νανοσκόνες μετάλλων/κράματος (π.χ. νανο-ασήμι, χαλκός, σκόνη νικελίου): χρησιμοποιούνται σε αγώγιμες πάστες, καταλύτες και πρώτες ύλες τρισδιάστατης εκτύπωσης.

◆ Νανοσκόνες οξειδίων (π.χ. TiO2, ZnO, Al2O3 σκόνη): χρησιμοποιούνται σε φωτοκαταλυτικά υλικά, κεραμικές πρώτες ύλες και πρόσθετα επικάλυψης.

◆Σύνθετες νανοσκόνες (π.χ. Fe3O4@SiO2, σκόνη κβαντικής κουκκίδας): χρησιμοποιούνται σε βιοαισθητήρες, ανιχνευτές φθορισμού και μαγνητικά υλικά αποθήκευσης.

Τεχνικά πλεονεκτήματα:

◆ Ομοιόμορφο μέγεθος σωματιδίων σκόνης: Το ελεγχόμενο μέγεθος σταγονιδίων οδηγεί σε στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων (συνήθως 10-100 nm).

◆ Υψηλή καθαρότητα: Τα σταγονίδια αντιδρούν στην αέρια φάση, αποφεύγοντας την εισαγωγή ακαθαρσιών όπως στην παραδοσιακή υγρή επεξεργασία.

◆ Ελεγχόμενη μορφολογία: Προσαρμόζοντας τη θερμοκρασία αντίδρασης, τον ρυθμό ροής του φέροντος αερίου και τη συγκέντρωση πρόδρομων ουσιών, μπορούν να παρασκευαστούν νανοσκόνες με διαφορετικές μορφολογίες, όπως σωματίδια σε σχήμα σφαιρικού, νιφάδας και ράβδου-.

Τυπική περίπτωση:

◆ Παρασκευή νανο-σκόνης αργύρου: Το διάλυμα νιτρικού αργύρου αναμειγνύεται με έναν αναγωγικό παράγοντα (όπως αιθυλενογλυκόλη), ψεκάζεται και στη συνέχεια διοχετεύεται σε αντιδραστήρα 300 μοιρών για να μειωθεί και να παραχθεί σφαιρική σκόνη αργύρου με μέγεθος σωματιδίων 20-50 nm (πακέτα φωτοβολταϊκών κυψελών και παλαιότερες ηλεκτρονικές κυψέλες LED).