Primjena ultrazvučnog raspršivanja u pripremi nanomaterijala?

Ultrazvučno raspršivanje (UAS) tehnologija je koja koristi ultrazvučne vibracije za razbijanje tekućih sirovina u kapljice mikronske/nanometarske-veličine, koje se zatim transportiraju do supstrata ili reakcijske zone putem plina nosača. Nanomaterijali se zatim pripremaju sušenjem, sinteriranjem ili kemijskim reakcijama. Njegove ključne prednosti leže u jednoličnoj veličini kapljice (do 1-10 μm), preciznoj i kontroliranoj debljini premaza (razina nm-μm), bez mehaničkih oštećenja i visokom iskorištenju sirovina. Široko se primjenjuje u pripremi nanofilmova, nanoprahova i nanokompozitnih materijala, a posebno je prikladan za vrhunska polja kao što su precizna elektronika, nova energija i biomedicina.

 

1. Izrada nanofilma (najčešća primjena)

Scenariji primjene:

◆Poluvodički/elektronički uređaji: vodljivi nanofilmovi (npr. ITO, grafen, filmovi od ugljikovih nanocijevi), izolacijski filmovi, premazi otporni na svjetlost;

◆Nova energija: filmovi elektroda litij-ionske baterije (nanosilicij, prevlake litij željezo fosfat), membrane za izmjenu protona gorivih ćelija (modifikacija filma Nafion), slojevi za apsorpciju svjetlosti solarnih ćelija (filmovi s kvantnim točkama);

◆Funkcionalni premazi: prozirni filmovi za toplinsku{0}}izolaciju (nanoTiO₂, ZrO₂ premazi), antibakterijski filmovi (nanosrebro, premazi od cinkovog oksida), samo{1}}čisteći filmovi (nanoSiO₂ hidrofobni premazi).

Tehničke prednosti:

◆ Izvrsna ujednačenost filma: Jednolika veličina kapljica izbjegava nedostatke premaza (kao što su rupice i pukotine) uzrokovane "agregacijom kapljica" u tradicionalnom prskanju;

◆ Precizna debljina koja se može kontrolirati: Debljina premaza u nanomjernoj -razmjeri (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;

◆ Priprema na niskim-temperaturama: niska kinetička energija kada kapljice udare o podlogu omogućuje 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:

◆Prozirni vodljivi film od grafena: disperzija grafena ultrazvučno se raspršuje i raspršuje na staklenu ili fleksibilnu PET podlogu. Nakon-sušenja na niskoj temperaturi, film otporan na sloj<100 Ω/□ and a light transmittance >90% je formirano, pogodno za zaslone osjetljive na dodir i fleksibilne uređaje za prikaz;

◆Litij-baterijski anodni premaz-na bazi silicija: Nano-disperzija čestica silicija raspršuje se na supstrat od bakrene folije kako bi se formirao jednolični premaz na bazi-silicija (500 nm-2 μm debljine), poboljšavajući kapacitet baterije i stabilnost ciklusa.

2. Priprema nanopraha

Scenariji primjene:

◆Nanoprah metala/legura (npr. nano-srebro, bakar, prah nikla): koristi se u vodljivim pastama, katalizatorima i sirovinama za 3D ispis;

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

◆Kompozitni nanoprahovi (npr. Fe₃O₄@SiO₂, prah kvantne točke): koriste se u biosenzorima, fluorescentnim sondama i materijalima za magnetsko pohranjivanje.

Tehničke prednosti:

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

◆ Visoka čistoća: kapljice reagiraju u plinovitoj fazi, izbjegavajući uvođenje nečistoća kao kod tradicionalne mokre obrade;

◆ Kontrolirana morfologija: podešavanjem temperature reakcije, brzine protoka plina nosača i koncentracije prekursora, mogu se pripremiti nanoprahovi s različitim morfologijama kao što su sferne čestice, čestice u obliku pahuljica i -štapića.

Tipičan slučaj:

◆ Priprema nano{0}}srebrnog praha: Otopina srebrnog nitrata pomiješana je s redukcijskim sredstvom (kao što je etilen glikol), atomizirana, a zatim propuštena u reaktor od 300 stupnjeva za redukciju i stvaranje sferičnog srebrnog praha s veličinom čestica od 20-50 nm, koji se koristi u elektroničkim pastama (kao što su LED pakiranja i elektrode fotonaponskih ćelija).