Приложение на ултразвуково пулверизиране при получаването на наноматериали?

Ултразвуковото пулверизиращо пръскане (UAS) е технология, която използва ултразвукова вибрация за раздробяване на течни суровини на капчици с микронен/нанометров -размер, които след това се транспортират до субстрат или реакционна зона чрез газ-носител. След това наноматериалите се приготвят чрез сушене, синтероване или химични реакции. Неговите основни предимства се крият в еднакъв размер на капките (до 1-10 μm), прецизна и контролируема дебелина на покритието (ниво nm-μm), липса на механични повреди и високо използване на суровините. Той се прилага широко при подготовката на нанофилми, нанопрахове и нанокомпозитни материали и е особено подходящ за области от висок клас като прецизна електроника, нова енергия и биомедицина.

 

1. Производство на нанофилм (най-масовото приложение)

Сценарии за приложение:

◆ Полупроводникови/електронни устройства: проводими нанофилми (напр. ITO, графен, филми от въглеродни нанотръби), изолационни филми, фоторезистни покрития;

◆Нова енергия: литиево{0}}-йонни електродни филми за батерии (наносилиций, литиево-железни фосфатни покрития), протонообменни мембрани на горивни клетки (модификация на Nafion филм), слоеве за поглъщане на светлина от слънчеви клетки (филми с квантови точки);

◆Функционални покрития: Прозрачни топлоизолиращи филми (nanoTiO₂, ZrO₂ покрития), антибактериални филми (наносребро, покрития от цинков оксид), само{1}}почистващи се филми (nanoSiO₂ хидрофобни покрития).

Технически предимства:

◆ Отлична еднородност на филма: Равномерният размер на капчиците избягва дефекти на покритието (като дупки и пукнатини), причинени от "агрегация на капчици" при традиционното пръскане;

◆ Прецизна и контролируема дебелина: Дебелината на покритието от наномащаб до микрометър- (напр. 10 nm-5 μm) може да бъде постигната чрез регулиране на честотата на пулверизиране (20-180 kHz), скоростта на потока на течността (0,1-10 mL/min) и времето за пръскане;

◆ Подготовка при ниска-температура: Ниската кинетична енергия при удар на капчици върху субстрата позволява подготовка при стайна температура или средни до ниски температури (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Типични случаи:

◆Прозрачно проводящо фолио от графен: Дисперсията от графен се пулверизира с ултразвук и се напръсква върху стъклен или гъвкав PET субстрат. След изсушаване при ниска{1}}температура, филм с листова устойчивост<100 Ω/□ and a light transmittance >90% е оформен, подходящ за сензорни екрани и устройства с гъвкав дисплей;

◆Анодно покритие на базата на силикон-литиево-батерия: дисперсията на нано-силициеви частици се напръсква върху субстрат от медно фолио, за да се образува еднородно покритие на базата на силиций- (500 nm-2 μm дебелина), подобряващо капацитета на батерията и стабилността на цикъла.

2. Приготвяне на нанопрах

Сценарии за приложение:

◆Нанопрахове от метали/сплави (напр. нано-сребро, мед, никел на прах): използвани в проводими пасти, катализатори и суровини за 3D печат;

◆Оксидни нанопрахове (напр. TiO₂, ZnO, Al₂O3 прах): използвани във фотокаталитични материали, керамични суровини и добавки за покритие;

◆Композитни нанопрахове (напр. Fe₃O₄@SiO₂, прах с квантова точка): използвани в биочувствителни, флуоресцентни сонди и материали за магнитно съхранение.

Технически предимства:

◆ Еднакъв размер на частиците на праха: Контролируемият размер на капчиците води до тясно разпределение на размера на частиците (обикновено 10-100 nm);

◆ Висока чистота: Капчиците реагират в газовата фаза, избягвайки въвеждането на примеси, както при традиционната мокра обработка;

◆ Контролируема морфология: Чрез регулиране на реакционната температура, скоростта на потока на газа носител и концентрацията на прекурсора могат да се приготвят нанопрахове с различни морфологии като сферични, люспи и пръчковидни частици.

Типичен случай:

◆ Приготвяне на нано-сребърен прах: Разтворът на сребърен нитрат се смесва с редуциращ агент (като етилен гликол), пулверизира се и след това преминава в 300-градусов реактор за редуциране и генериране на сферичен сребърен прах с размер на частиците 20-50 nm, използван в електронни пасти (като LED опаковки и електроди за фотоволтаични клетки).