Tillämpning av ultraljudsförstoftning vid beredning av nanomaterial?

Ultrasonic atomization spraying (UAS) är en teknik som använder ultraljudsvibrationer för att bryta flytande råmaterial till mikron/nanometer-stora droppar, som sedan transporteras till ett substrat eller reaktionszon via en bärargas. Nanomaterial framställs sedan genom torkning, sintring eller kemiska reaktioner. Dess kärnfördelar ligger i den enhetliga droppstorleken (ned till 1-10 μm), exakt och kontrollerbar beläggningstjocklek (nm- μm nivå), inga mekaniska skador och högt råmaterialutnyttjande. Den har använts i stor utsträckning vid framställning av nanofilmer, nanopulver och nanokompositmaterial och är särskilt lämplig för avancerade områden som precisionselektronik, ny energi och biomedicin.

 

1. Tillverkning av nanofilm (mest vanliga tillämpningar)

Applikationsscenarier:

◆Halvledare/elektroniska enheter: ledande nanofilmer (t.ex. ITO, grafen, kolnanorörsfilmer), isolerande filmer, fotoresistbeläggningar;

◆Ny energi: Litium-jonbatterielektrodfilmer (nanokisel, litiumjärnfosfatbeläggningar), bränslecellsprotonbytesmembran (Nafion-filmmodifiering), solcellsljusabsorptionsskikt (kvantprickfilmer);

◆Funktionella beläggningar: Transparenta värme-isolerande filmer (nanoTiO₂, ZrO₂-beläggningar), antibakteriella filmer (nanosilver, zinkoxidbeläggningar), själv-rengörande filmer (nanoSiO₂ hydrofoba beläggningar).

Tekniska fördelar:

◆ Utmärkt filmlikformighet: Enhetlig droppstorlek undviker beläggningsdefekter (såsom hål och sprickor) orsakade av "droptaggregering" vid traditionell sprutning;

◆ Exakt och kontrollerbar tjocklek: Nanoskala till mikrometer-skala beläggningstjocklek (t.ex. 10 nm-5 μm) kan uppnås genom att justera finfördelningsfrekvensen (20-180 kHz), vätskeflödet (0,1-10 mL/min) och spruttiden;

◆ Låg-temperaturberedning: Låg kinetisk energi när droppar träffar substratet möjliggör beredning vid rumstemperatur eller medel till låga temperaturer (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Typiska fall:

◆ Transparent ledande film av grafen: Grafendispersion finfördelas med ultraljud och sprayas på ett glas eller flexibelt PET-substrat. Efter torkning vid låg- temperatur, en film med arkmotstånd<100 Ω/□ and a light transmittance >90% bildas, lämplig för pekskärmar och flexibla displayenheter;

◆Litium-jonbatteri Kisel-baserad anodbeläggning: Nano-kiselpartikeldispersion sprayas på ett kopparfoliesubstrat för att bilda en enhetlig kiselbaserad-beläggning (500 nm-2 μm tjock), vilket förbättrar batteriets kapacitet och cykelstabilitet.

2. Nanopulverberedning

Applikationsscenarier:

◆Nanopulver av metall/legering (t.ex. nano-silver, koppar, nickelpulver): används i ledande pastor, katalysatorer och 3D-utskriftsråmaterial;

◆Oxid nanopulver (t.ex. TiO₂, ZnO, Al₂O₃-pulver): används i fotokatalytiska material, keramiska råmaterial och beläggningstillsatser;

◆Kompositnanopulver (t.ex. Fe₃O₄@SiO₂, quantum dot powder): används i biosensing, fluorescerande prober och magnetiska lagringsmaterial.

Tekniska fördelar:

◆ Enhetlig pulverpartikelstorlek: Kontrollerbar droppstorlek resulterar i en snäv partikelstorleksfördelning (vanligtvis 10-100 nm);

◆ Hög renhet: Droppar reagerar i gasfasen och undviker införandet av föroreningar som vid traditionell våtbehandling;

◆ Kontrollerbar morfologi: Genom att justera reaktionstemperaturen, bärgasens flödeshastighet och prekursorkoncentrationen kan nanopulver med olika morfologier som sfäriska, flingformade och stavformade partiklar framställas.-

Typfall:

◆ Beredning av nano-Silverpulver: Silvernitratlösning blandas med ett reduktionsmedel (som etylenglykol), finfördelas och förs sedan in i en 300 graders reaktor för att reducera och generera sfäriskt silverpulver med en partikelstorlek på 20-50 nm, som används i elektroniska LED-cellförpackningar och elektroder (t.ex. fotovolta).