Uporaba ultrazvočnega razprševanja pri pripravi nanomaterialov?

Ultrazvočno razprševanje (UAS) je tehnologija, ki uporablja ultrazvočne vibracije za razbijanje tekočih surovin v kapljice velikosti mikronov/nanometrov-, ki se nato preko nosilnega plina prenesejo na substrat ali reakcijsko območje. Nanomateriali se nato pripravijo s sušenjem, sintranjem ali kemičnimi reakcijami. Njegove glavne prednosti so enotna velikost kapljic (do 1-10 μm), natančna in nadzorovana debelina nanosa (raven nm-μm), brez mehanskih poškodb in visok izkoristek surovin. Široko se uporablja pri pripravi nanofilmov, nanoprahov in nanokompozitnih materialov in je še posebej primeren za vrhunska področja, kot so natančna elektronika, nova energija in biomedicina.

 

1. Izdelava nanofilmov (največja uporaba)

Scenariji uporabe:

◆ Polprevodniške/elektronske naprave: Prevodni nanofilmi (npr. ITO, grafen, filmi iz ogljikovih nanocevk), izolacijski filmi, fotorezistni premazi;

◆Nova energija: folije elektrod za litij-ionske baterije (nanosilicij, prevleke iz litijevega železovega fosfata), membrane za izmenjavo protonov gorivnih celic (modifikacija filma Nafion), plasti za absorpcijo svetlobe sončnih celic (filmi s kvantnimi pikami);

◆Funkcionalni premazi: prozorni toplotno{0}}izolacijski filmi (nanoTiO₂, ZrO₂ premazi), antibakterijski filmi (nanosrebrni, cinkov oksidni premazi), samo-čistilni filmi (nanoSiO₂ hidrofobni premazi).

Tehnične prednosti:

◆ Odlična enakomernost filma: enakomerna velikost kapljic preprečuje napake na premazu (kot so luknjice in razpoke), ki jih povzroči "združevanje kapljic" pri tradicionalnem pršenju;

◆ Natančna in nadzorovana debelina: Debelino prevleke v nanometrskem-razmerju (npr. 10 nm–5 μm) je mogoče doseči s prilagajanjem frekvence atomizacije (20–180 kHz), hitrosti pretoka tekočine (0,1–10 ml/min) in časa pršenja;

◆ Priprava pri-nizkih temperaturah: nizka kinetična energija, ko kapljice udarijo v podlago, omogoča pripravo pri sobni temperaturi ali srednjih do nizkih temperaturah (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Tipični primeri:

◆Prozorna prevodna folija iz grafena: disperzija grafena je ultrazvočno razpršena in razpršena na stekleno ali fleksibilno podlago iz PET. Po nizko{1}}temperaturnem sušenju film z odpornostjo na ploščo<100 Ω/□ and a light transmittance >90% je oblikovano, primerno za zaslone na dotik in prilagodljive zaslonske naprave;

◆Anodna prevleka na osnovi litij-baterije -Silicij: Nano-disperzija silicijevih delcev se razprši na substrat iz bakrene folije, da se tvori enakomeren premaz na osnovi-silicija (500 nm–2 μm debeline), kar izboljša zmogljivost baterije in stabilnost cikla.

2. Priprava nanopraškov

Scenariji uporabe:

◆ Nanopraški kovin/zlitin (npr. nano-srebro, baker, nikelj v prahu): uporabljajo se v prevodnih pastah, katalizatorjih in surovinah za 3D-tiskanje;

◆Oksidni nanopraški (npr. prah TiO₂, ZnO, Al₂O3): uporabljajo se v fotokatalitskih materialih, keramičnih surovinah in dodatkih za premaze;

◆Kompozitni nanopraški (npr. Fe₃O₄@SiO₂, prah s kvantnimi pikami): uporabljajo se pri biosenzorju, fluorescenčnih sondah in materialih za magnetno shranjevanje.

Tehnične prednosti:

◆ Enakomerna velikost delcev prahu: velikost kapljic, ki jo je mogoče nadzorovati, povzroči ozko porazdelitev velikosti delcev (običajno 10-100 nm);

◆ Visoka čistost: kapljice reagirajo v plinski fazi in se izognejo vnosu nečistoč kot pri tradicionalni mokri obdelavi;

◆ Nadzorovana morfologija: s prilagajanjem reakcijske temperature, hitrosti pretoka nosilnega plina in koncentracije prekurzorja je mogoče pripraviti nanopraške z različnimi morfologijami, kot so sferični, kosmičasti in paličasti delci-.

Tipičen primer:

◆ Priprava nano-srebrovega prahu: Raztopina srebrovega nitrata se zmeša z redukcijskim sredstvom (kot je etilen glikol), razprši in nato prenese v 300-stopinjski reaktor za redukcijo in ustvarjanje sferičnega srebrovega prahu z velikostjo delcev 20–50 nm, ki se uporablja v elektronskih pastah (kot so embalaža LED in elektrode za fotovoltaične celice).