Ultraäänisumutusruiskutuksen käyttö nanomateriaalien valmistuksessa?

Ultraääniatomisaatiosumutus (UAS) on tekniikka, joka käyttää ultraäänivärähtelyä nestemäisten raaka-aineiden hajottamiseen mikron/nanometrin{0}}kokoisiksi pisaroiksi, jotka sitten kuljetetaan substraattiin tai reaktioalueelle kantokaasun kautta. Nanomateriaalit valmistetaan sitten kuivaamalla, sintraamalla tai kemiallisilla reaktioilla. Sen tärkeimmät edut ovat tasainen pisarakoko (jopa 1-10 μm), tarkka ja säädettävä pinnoitteen paksuus (nm- μm taso), ei mekaanisia vaurioita ja korkea raaka-aineen käyttöaste. Sitä on käytetty laajasti nanofilmien, nanojauheiden ja nanokomposiittimateriaalien valmistuksessa, ja se soveltuu erityisen hyvin huippuluokan aloille, kuten tarkkuuselektroniikkaan, uuteen energiaan ja biolääketieteeseen.

 

1. Nanofilmin valmistus (yleisin sovellus)

Sovellusskenaariot:

◆Puolijohde-/elektroniset laitteet: Sähköä johtavat nanokalvot (esim. ITO, grafeeni, hiilinanoputkikalvot), eristyskalvot, valonkestävät pinnoitteet;

◆Uutta energiaa: litium-ioniakkuelektrodikalvot (nanopii, litiumrautafosfaattipinnoitteet), polttokennojen protoninvaihtokalvot (Nafion-kalvomuunnos), aurinkokennojen valoa absorptiokerrokset (kvanttipistekalvot);

◆Toiminnalliset pinnoitteet: Läpinäkyvät lämpöä{0}}eristävät kalvot (nanoTiO₂, ZrO₂-pinnoitteet), antibakteeriset kalvot (nanohopea-, sinkkioksidipinnoitteet), itsepuhdistuvat kalvot (nanoSiO₂ hydrofobiset pinnoitteet).

Tekniset edut:

◆ Erinomainen kalvon tasaisuus: Tasainen pisarakoko välttää pinnoitusvirheet (kuten reikiä ja halkeamia), jotka aiheutuvat "pisaroiden kasautumisesta" perinteisessä ruiskutuksessa;

◆ Tarkka ja hallittavissa oleva paksuus: Nano-mikrometri{0}}mittakaavassa oleva pinnoitteen paksuus (esim. 10 nm-5 μm) voidaan saavuttaa säätämällä sumutustaajuutta (20-180 kHz), nesteen virtausnopeutta (0,1-10 ml/min) ja ruiskutusaikaa.

◆ Alhaisen{0}}lämpötilojen valmistelu: Matala kineettinen energia pisaroiden osuessa alustaan ​​mahdollistaa valmistuksen huoneenlämpötilassa tai keskilämmössä tai matalissa lämpötiloissa (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Tyypilliset tapaukset:

◆Grafeenin läpinäkyvä johtava kalvo: Grafeenidispersio sumutetaan ultraäänellä ja ruiskutetaan lasille tai joustavalle PET-substraatille. Alhaisessa-lämpötilassa kuivumisen jälkeen kalvo, jolla on arkinkestävyys<100 Ω/□ and a light transmittance >90% on muodostettu, sopii kosketusnäytöille ja joustaville näyttölaitteille;

◆Litium-ion Pariston silikoni-pohjainen anodipinnoite: Nano-piihiukkasdispersio ruiskutetaan kuparikalvosubstraatille yhtenäisen pii-pohjaisen pinnoitteen muodostamiseksi (500 nm–2 μm), mikä parantaa akun kapasiteettia ja syklin vakautta.

2. Nanojauheen valmistus

Sovellusskenaariot:

◆Metallin/seosnanojauheet (esim. nano-hopea, kupari, nikkelijauhe): käytetään johtavissa tahnoissa, katalyyteissä ja 3D-tulostuksen raaka-aineissa;

◆Oksidinanojauheet (esim. TiO₂, ZnO, Al2O3-jauhe): käytetään fotokatalyyttisissä materiaaleissa, keraamisissa raaka-aineissa ja pinnoitteiden lisäaineissa;

◆Komposiittinanojauheet (esim. Fe₃O4@SiO2, kvanttipistejauhe): käytetään biosensoinnissa, fluoresoivissa antureissa ja magneettisissa säilytysmateriaaleissa.

Tekniset edut:

◆ Tasainen jauheen hiukkaskoko: Säädettävä pisarakoko johtaa kapeaan hiukkaskokojakaumaan (tyypillisesti 10-100 nm);

◆ Korkea puhtaus: Pisarat reagoivat kaasufaasissa välttäen epäpuhtauksien pääsyn perinteiseen märkäkäsittelyyn;

◆ Hallittava morfologia: Säätämällä reaktiolämpötilaa, kantokaasun virtausnopeutta ja esiastekonsentraatiota voidaan valmistaa nanojauheita, joilla on erilaisia ​​morfologioita, kuten pallomaisia, hiutale- ja sauva{0}}muotoisia partikkeleita.

Tyypillinen tapaus:

◆ Nano{0}}hopeajauheen valmistaminen: Hopeanitraattiliuos sekoitetaan pelkistimen (kuten etyleeniglykolin) kanssa, sumutetaan ja johdetaan sitten 300 asteen reaktoriin 20–50 nm:n hiukkaskoon pallomaisen hopeajauheen pelkistämiseksi ja tuottamiseksi, jota käytetään elektronisissa LED-kennopakkauksissa (kuten fotovoltaissa).