Применение ультразвукового распыления при получении наноматериалов?

Ультразвуковое распыление (UAS) – это технология, в которой ультразвуковая вибрация разбивает жидкое сырье на капли размером в микрон/нанометр-, которые затем транспортируются к подложке или зоне реакции с помощью газа-носителя. Затем наноматериалы готовятся путем сушки, спекания или химических реакций. Его основные преимущества заключаются в однородном размере капель (до 1-10 мкм), точной и контролируемой толщине покрытия (уровень нм-мкм), отсутствии механических повреждений и высокой степени использования сырья. Он широко применяется при приготовлении нанопленок, нанопорошков и нанокомпозитных материалов и особенно подходит для таких высокотехнологичных областей, как прецизионная электроника, новая энергетика и биомедицина.

 

1. Изготовление нанопленок (наиболее распространенное применение)

Сценарии применения:

◆Полупроводниковые/электронные устройства: проводящие нанопленки (например, ITO, графен, пленки из углеродных нанотрубок), изолирующие пленки, фоторезистивные покрытия;

◆Новая энергетика: электродные пленки литий-ионных аккумуляторов (наносиликон, покрытия из литий-железофосфата), протонообменные мембраны топливных элементов (модификация пленки Нафион), светопоглощающие слои солнечных элементов (пленки с квантовыми точками);

◆Функциональные покрытия: прозрачные тепло-изоляционные пленки (покрытия nanoTiO₂, ZrO₂), антибактериальные пленки (покрытия из наносеребра, оксида цинка), само-очищающиеся пленки (гидрофобные покрытия nanoSiO₂).

Технические преимущества:

◆ Превосходная однородность пленки: равномерный размер капель позволяет избежать дефектов покрытия (таких как отверстия и трещины), вызванных «агрегацией капель» при традиционном распылении;

◆ Точная и контролируемая толщина. Толщина покрытия от наномасштаба до микрометра- (например, 10–5 мкм) может быть достигнута путем регулирования частоты распыления (20–180 кГц), скорости потока жидкости (0,1–10 мл/мин) и времени распыления;

◆ Низко-Приготовление при низкой температуре: низкая кинетическая энергия при столкновении капель с подложкой позволяет проводить подготовку при комнатной температуре или при температуре от средней до низкой (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Типичные случаи:

◆Прозрачная проводящая пленка графена: дисперсия графена распыляется ультразвуком и распыляется на стеклянную или гибкую подложку из ПЭТ. После сушки при низкой-температуре получается пленка с листовым сопротивлением.<100 Ω/□ and a light transmittance >90% сформировано, подходит для сенсорных экранов и гибких устройств отображения;

◆Анодное покрытие на основе кремния-литий-ионного аккумулятора: нано-дисперсия частиц кремния распыляется на подложку из медной фольги для формирования однородного покрытия на основе кремния-(толщиной 500 нм – 2 мкм), что повышает емкость аккумулятора и стабильность цикла.

2. Подготовка нанопорошка

Сценарии применения:

◆Нанопорошки металлов/сплавов (например, порошок нано-серебра, меди, никеля): используются в проводящих пастах, катализаторах и сырье для 3D-печати;

◆Оксидные нанопорошки (например, порошок TiO₂, ZnO, Al₂O₃): используются в фотокаталитических материалах, керамическом сырье и добавках для покрытий;

◆Композитные нанопорошки (например, Fe₃O₄@SiO₂, порошок квантовых точек): используются в биосенсорстве, флуоресцентных зондах и материалах для магнитного хранения.

Технические преимущества:

◆ Однородный размер частиц порошка: контролируемый размер капель приводит к узкому распределению частиц по размерам (обычно 10–100 нм);

◆ Высокая чистота: капли реагируют в газовой фазе, что позволяет избежать попадания примесей, как при традиционной влажной обработке;

◆ Контролируемая морфология: регулируя температуру реакции, скорость потока газа-носителя и концентрацию прекурсора, можно получить нанопорошки с различной морфологией, например сферические, чешуйчатые и стержнеобразные частицы-.

Типичный случай:

◆ Приготовление порошка нано-серебра. Раствор нитрата серебра смешивают с восстановителем (например, этиленгликолем), распыляют, а затем подают в реактор с температурой 300 градусов для восстановления и получения сферического порошка серебра с размером частиц 20–50 нм, используемого в электронных пастах (например, в упаковке светодиодов и электродах для фотогальванических элементов).