Aplikácia ultrazvukového rozprašovania pri príprave nanomateriálov?

Ultrazvukové rozprašovanie (UAS) je technológia, ktorá využíva ultrazvukové vibrácie na rozbitie tekutých surovín na kvapôčky veľkosti mikrón/nanometr{0}}, ktoré sú potom transportované do substrátu alebo reakčnej zóny prostredníctvom nosného plynu. Nanomateriály sa potom pripravujú sušením, spekaním alebo chemickými reakciami. Jeho hlavné výhody spočívajú v rovnomernej veľkosti kvapiek (až do 1-10 μm), presnej a kontrolovateľnej hrúbke povlaku (úroveň nm-μm), bez mechanického poškodenia a vysokej spotrebe surovín. Široko sa používa pri príprave nanofilmov, nanopráškov a nanokompozitných materiálov a je obzvlášť vhodný pre špičkové oblasti, ako je presná elektronika, nová energia a biomedicína.

 

1. Výroba nanofilmu (najbežnejšia aplikácia)

Aplikačné scenáre:

◆Polovodičové/elektronické zariadenia: Vodivé nanovrstvy (napr. ITO, grafén, filmy z uhlíkových nanorúrok), izolačné filmy, povlaky fotorezistu;

◆Nová energia: Lítium{0}}iónové elektródové filmy (nanokremíkové, lítium-železité fosfátové povlaky), membrány na výmenu protónov palivových článkov (modifikácia filmu Nafion), vrstvy absorbujúce svetlo solárnych článkov (filmy s kvantovými bodkami);

◆Funkčné povlaky: Transparentné tepelne-izolačné filmy (povlaky nanoTiO₂, ZrO₂), antibakteriálne filmy (nanostriebro, povlaky z oxidu zinočnatého), samočistiace filmy (hydrofóbne povlaky nanoSiO₂).

Technické výhody:

◆ Vynikajúca rovnomernosť filmu: Rovnomerná veľkosť kvapiek zabraňuje defektom náteru (ako sú dierky a praskliny) spôsobené „zhlukovaním kvapiek“ pri tradičnom striekaní;

◆ Presná a kontrolovateľná hrúbka: Hrúbku povlaku nanometrov až mikrometrov{0}} (napr. 10 nm – 5 μm) možno dosiahnuť úpravou frekvencie rozprašovania (20 – 180 kHz), prietoku kvapaliny (0,1 – 10 ml/min) a času striekania;

◆ Nízka{0}}teplotná príprava: Nízka kinetická energia pri dopade kvapiek na substrát umožňuje prípravu pri izbovej teplote alebo pri stredných až nízkych teplotách (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Typické prípady:

◆Grafénová priehľadná vodivá fólia: Grafénová disperzia je rozprášená ultrazvukom a nastriekaná na sklenený alebo flexibilný PET substrát. Po zaschnutí pri nízkej teplote-vytvorí film s listovým odporom<100 Ω/□ and a light transmittance >90% je vytvorený, vhodný pre dotykové obrazovky a flexibilné zobrazovacie zariadenia;

◆Lítium-iónová batéria Silikónový{1}}náter anódy: Disperzia nano-kremíkových častíc sa nastrieka na substrát z medenej fólie, čím sa vytvorí rovnomerný{3}}poťah na báze kremíka (hrúbka 500 nm – 2 μm), čím sa zlepší kapacita batérie a stabilita cyklu.

2. Príprava nanoprášku

Aplikačné scenáre:

◆Kovové/zliatinové nanoprášky (napr. nano-striebro, meď, niklový prášok): používané vo vodivých pastách, katalyzátoroch a surovinách pre 3D tlač;

◆Oxidové nanoprášky (napr. TiO₂, ZnO, Al₂O3 prášok): používané vo fotokatalytických materiáloch, keramických surovinách a náterových prísadách;

◆Kompozitné nanoprášky (napr. Fe304@SiO₂, prášok s kvantovými bodkami): používané v biosenzoroch, fluorescenčných sondách a magnetických skladovacích materiáloch.

Technické výhody:

◆ Jednotná veľkosť častíc prášku: Kontrolovateľná veľkosť kvapiek vedie k úzkej distribúcii veľkosti častíc (zvyčajne 10-100 nm);

◆ Vysoká čistota: Kvapky reagujú v plynnej fáze, čím sa zabráni vnášaniu nečistôt ako pri tradičnom mokrom spracovaní;

◆ Kontrolovateľná morfológia: Úpravou reakčnej teploty, prietoku nosného plynu a koncentrácie prekurzora možno pripraviť nanoprášky s rôznymi morfológiami, ako sú častice v tvare gule, vločiek a tyčiniek.

Typický prípad:

◆ Príprava nano{0}}strieborného prášku: Roztok dusičnanu strieborného sa zmieša s redukčným činidlom (ako je etylénglykol), rozpráši sa a potom sa nechá prejsť do 300-stupňového reaktora, aby sa zredukoval a vytvoril sférický strieborný prášok s veľkosťou častíc 20 – 50 nm, ktorý sa používa v elektronických pastách (ako sú LED obaly a elektródy fotovoltaických článkov).