Primjena ultrazvučnog raspršivanja u pripremi nanomaterijala?

Ultrazvučno raspršivanje (UAS) je tehnologija koja koristi ultrazvučne vibracije za razbijanje tekućih sirovina u kapljice veličine mikrona/nanometra-, koje se zatim transportuju do supstrata ili reakcione zone preko plina nosača. Nanomaterijali se zatim pripremaju sušenjem, sinterovanjem ili hemijskim reakcijama. Njegove osnovne prednosti leže u ujednačenoj veličini kapljica (do 1-10 μm), preciznoj i kontrolisanoj debljini premaza (nivo nm- μm), bez mehaničkih oštećenja i visokom korištenju sirovina. Široko se primjenjuje u pripremi nanofilmova, nanoprašaka i nanokompozitnih materijala, a posebno je pogodan za vrhunska polja kao što su precizna elektronika, nova energija i biomedicina.

 

1. Izrada nanofilma (najčešća primjena)

Scenariji primjene:

◆Poluprovodnički/elektronski uređaji: provodljivi nanofilmovi (npr. ITO, grafen, filmovi od ugljeničnih nanocevi), izolacioni filmovi, fotootporni premazi;

◆Nova energija: folije elektroda litijum- baterija (nanosilicijum, prevlake od litijum gvožđe fosfata), membrane za izmjenu protona gorivnih ćelija (Nafion film modifikacija), slojevi za apsorpciju svjetlosti solarnih ćelija (filmovi kvantnih tačaka);

◆Funkcionalni premazi: Prozirni toplotno{0}}filmovi za izolaciju (nanoTiO₂, ZrO₂ premazi), antibakterijski filmovi (nanosrebro, premazi od cink oksida),-filmovi za samočišćenje (nanoSiO₂ hidrofobni premazi).

Tehničke prednosti:

◆ Odlična uniformnost filma: Ujednačena veličina kapljica izbjegava defekte premaza (kao što su rupice i pukotine) uzrokovane "agregacijom kapljica" kod tradicionalnog prskanja;

◆ Precizna i kontrolirana debljina: Debljina premaza od nanosmjera do mikrometra-na skali (npr. 10 nm-5 μm) može se postići podešavanjem frekvencije atomizacije (20-180 kHz), brzine protoka tekućine (0,1-10 mL/min) i vremena prskanja;

◆ Niska-Priprema na niskoj temperaturi: Niska kinetička energija kada kapljice udare u podlogu omogućava pripremu na sobnoj temperaturi ili srednjim do niskim temperaturama (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Tipični slučajevi:

◆Grafen Transparent Conductive Film: Grafenska disperzija se ultrazvučno atomizira i raspršuje na staklenu ili fleksibilnu PET podlogu. Nakon -sušenja na niskoj temperaturi, film otporan na lim<100 Ω/□ and a light transmittance >90% je formirano, pogodno za ekrane osjetljive na dodir i fleksibilne uređaje za prikaz;

◆Litijum{0}}ionska baterija Silicijumski-anodni premaz: Nano-disperzija čestica silicijuma se raspršuje na podlogu od bakarne folije kako bi se formirao ujednačen premaz na bazi silikona-(500 nm-2 μm debljine i ciklus), poboljšavajući kapacitet baterije.

2. Priprema nanopraha

Scenariji primjene:

◆Nanopraškovi metala/legure (npr. nano-srebro, bakar, nikal u prahu): koriste se u provodnim pastama, katalizatorima i sirovinama za 3D štampanje;

◆Oksidni nanopraškovi (npr. TiO₂, ZnO, Al₂O₃ prah): koriste se u fotokatalitičkim materijalima, keramičkim sirovinama i aditivima za premazivanje;

◆ Kompozitni nanopraškovi (npr. Fe₃O₄@SiO₂, prah kvantnih tačaka): koriste se u biosenzibilnim, fluorescentnim sondama i materijalima za magnetno skladištenje.

Tehničke prednosti:

◆ Ujednačena veličina čestica praha: Kontrolisana veličina kapljica rezultira uskom distribucijom veličine čestica (obično 10-100 nm);

◆ Visoka čistoća: Kapljice reaguju u gasnoj fazi, izbegavajući unošenje nečistoća kao u tradicionalnoj mokroj preradi;

◆ Morfologija koja se može kontrolirati: Podešavanjem temperature reakcije, brzine protoka plina-nosača i koncentracije prekursora, mogu se pripremiti nanoprašci različite morfologije kao što su sferne čestice, čestice u obliku pahuljica i štapića{0}}.

Tipičan slučaj:

◆ Priprema nano-srebrnog praha: otopina srebrnog nitrata se pomiješa sa redukcijskim agensom (kao što je etilen glikol), raspršuje se, a zatim se propušta u reaktor od 300 stepeni za redukciju i generiranje sfernog srebrnog praha veličine čestica od 20-50 nm, koji se koristi u elektronskim LED pastama za elektronike (LED).