Aplicarea pulverizării prin atomizare cu ultrasunete în prepararea nanomaterialelor?

Pulverizarea cu ultrasunete prin pulverizare (UAS) este o tehnologie care utilizează vibrația ultrasonică pentru a sparge materiile prime lichide în picături de dimensiuni micron/nanometru-, care sunt apoi transportate către un substrat sau o zonă de reacție printr-un gaz purtător. Nanomaterialele sunt apoi preparate prin uscare, sinterizare sau reacții chimice. Avantajele sale principale constau în dimensiunea uniformă a picăturilor (până la 1-10 μm), grosimea precisă și controlabilă a stratului (nivel nm{-μm), lipsa deteriorării mecanice și utilizarea ridicată a materiei prime. A fost aplicat pe scară largă în prepararea nanofilmelor, nanopulberilor și a materialelor nanocompozite și este deosebit de potrivit pentru domenii de ultimă generație, cum ar fi electronica de precizie, energie nouă și biomedicină.

 

1. Fabricarea nanofilmelor (cea mai mare aplicație)

Scenarii de aplicare:

◆Dispozitive semiconductoare/electronice: nanofilme conductoare (de exemplu, ITO, grafen, filme de nanotuburi de carbon), filme izolatoare, acoperiri fotorezistente;

◆Energie nouă: folii cu electrozi pentru baterii cu litiu-ion (nanosiliciu, acoperiri cu fosfat de fier de litiu), membrane de schimb de protoni pentru celulele de combustie (modificare film Nafion), straturi de absorbție a luminii celulelor solare (filme cu puncte cuantice);

◆Acoperiri funcționale: folii transparente de termoizolare (acoperiri nanoTiO₂, ZrO₂), filme antibacteriene (nanosargint, acoperiri cu oxid de zinc), filme de auto-curățare (acoperiri hidrofobe nanoSiO₂).

Avantaje tehnice:

◆ O uniformitate excelentă a filmului: Dimensiunea uniformă a picăturilor evită defectele de acoperire (cum ar fi găurile și fisurile) cauzate de „agregarea picăturilor” în pulverizarea tradițională;

◆ Grosime precisă și controlabilă: grosimea stratului de acoperire la scară nanometrică la scară-micrometrică (de exemplu, 10 nm-5 μm) poate fi obținută prin ajustarea frecvenței de atomizare (20-180 kHz), a debitului lichidului (0,1-10 ml/min) și a timpului de pulverizare;

◆ Pregătirea-la temperatură scăzută: energia cinetică scăzută atunci când picăturile impactează substratul permite prepararea la temperatura camerei sau la temperaturi medii până la scăzute (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Cazuri tipice:

◆Grafen Film conductor transparent: Dispersia de grafen este atomizată cu ultrasunete și pulverizată pe un substrat de sticlă sau PET flexibil. După uscare la temperatură joasă-, o peliculă cu rezistență la folie<100 Ω/□ and a light transmittance >90% este format, potrivit pentru ecrane tactile și dispozitive de afișare flexibile;

◆Acoperire anodică pe bază de siliciu-baterie litiu-ion: dispersia de particule de nano-siliciu este pulverizată pe un substrat de folie de cupru pentru a forma o acoperire uniformă pe bază de siliciu-(500 nm-2 μm grosime), îmbunătățind capacitatea bateriei și stabilitatea ciclului.

2. Preparare nanopulbere

Scenarii de aplicare:

◆Nanopulberi metalice/aliaje (de exemplu, nano-argint, cupru, pulbere de nichel): utilizate în paste conductoare, catalizatori și materii prime de imprimare 3D;

◆Nanopulberi de oxid (de exemplu, pulbere de TiO₂, ZnO, Al₂O₃): utilizate în materiale fotocatalitice, materii prime ceramice și aditivi de acoperire;

◆Nanopulberi compozite (de exemplu, Fe₃O₄@SiO₂, pulbere cu puncte cuantice): utilizate în biosensing, sonde fluorescente și materiale de stocare magnetică.

Avantaje tehnice:

◆ Dimensiunea uniformă a particulelor de pulbere: Dimensiunea controlabilă a picăturilor are ca rezultat o distribuție îngustă a dimensiunii particulelor (de obicei 10-100 nm);

◆ Puritate ridicată: Picăturile reacţionează în faza gazoasă, evitând introducerea de impurităţi ca în procesarea tradiţională umedă;

◆ Morfologie controlabilă: prin ajustarea temperaturii de reacție, a debitului de gaz purtător și a concentrației de precursor, pot fi preparate nanopulberi cu morfologii diferite, cum ar fi particule sferice, fulgi și în formă de tije{0}}.

Caz tipic:

◆ Prepararea Nano-Pudrei de argint: Soluția de azotat de argint este amestecată cu un agent reducător (cum ar fi etilenglicol), atomizată și apoi trecută într-un reactor de 300 de grade pentru a reduce și a genera pulbere sferică de argint cu o dimensiune a particulelor de 20-50 nm, utilizată în ambalajele electronice cu LED-uri (cum ar fi electrodele fotovoltaice).