Ultragarsinio purškimo taikymas ruošiant nanomedžiagas?

Ultragarsinis purškimas (UAS) – tai technologija, naudojant ultragarso vibraciją skystoms žaliavoms suskaidyti į mikrono/nanometro{0}} dydžio lašelius, kurie vėliau per nešiklio dujas pernešami į substratą arba reakcijos zoną. Tada nanomedžiagos paruošiamos džiovinant, sukepinant arba atliekant chemines reakcijas. Pagrindiniai jo pranašumai – vienodas lašelių dydis (iki 1-10 μm), tikslus ir kontroliuojamas dangos storis (nm-μm lygis), mechaninių pažeidimų nebuvimas ir didelis žaliavos panaudojimas. Jis buvo plačiai taikomas ruošiant nanoplėveles, nanomiltelius ir nanokompozitines medžiagas ir ypač tinka aukščiausios klasės sritims, tokioms kaip tiksli elektronika, nauja energija ir biomedicina.

 

1. Nanofilmų gamyba (dažniausiai taikomas)

Taikymo scenarijai:

◆Puslaidininkiniai/elektroniniai įrenginiai: laidžios nanoplėvelės (pvz., ITO, grafeno, anglies nanovamzdelių plėvelės), izoliacinės plėvelės, fotorezisto dangos;

◆Nauja energija: ličio-jonų akumuliatorių elektrodų plėvelės (nanosilicio, ličio geležies fosfato dangos), kuro elementų protonų mainų membranos (Nafion plėvelės modifikacija), saulės elementų šviesą sugeriantys sluoksniai (kvantinių taškų plėvelės);

◆Funkcinės dangos: skaidrios šilumą{0}}izoliuojančios plėvelės (nanoTiO₂, ZrO₂ dangos), antibakterinės plėvelės (nanosidabrinės, cinko oksido dangos), savaime{1}}išsivalančios plėvelės (nanoSiO₂ hidrofobinės dangos).

Techniniai pranašumai:

◆ Puikus plėvelės vienodumas: vienodas lašelių dydis leidžia išvengti dangos defektų (pvz., skylučių ir įtrūkimų), atsirandančių dėl „lašelių agregacijos“ tradicinio purškimo metu;

◆ Tikslus ir kontroliuojamas storis: dangos storis (pvz., 10 nm–5 μm) gali būti nuo nanomastikos iki mikrometro (pvz., 10 nm–5 μm) reguliuojant purškimo dažnį (20–180 kHz), skysčio srautą (0,1–10 ml/min.) ir purškimo laiką;

◆ Paruošimas žemai{0}}temperatūrai: maža kinetinė energija, kai lašeliai paveikia substratą, leidžia paruošti kambario temperatūroje arba nuo vidutinės iki žemos temperatūros (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Tipiški atvejai:

◆Grafeno skaidri laidžioji plėvelė: grafeno dispersija purškiama ultragarsu ir purškiama ant stiklo arba lankstaus PET pagrindo. Po džiovinimo žemoje temperatūroje, plėvelė su lakštų atsparumu<100 Ω/□ and a light transmittance >90% susidaro, tinka jutikliniams ekranams ir lanksčiam ekrano įrenginiams;

◆Ličio -jonų akumuliatoriaus silicio- pagrindu pagaminta anodinė danga: nano-silicio dalelių dispersija purškiama ant vario folijos pagrindo, kad susidarytų vienoda silicio -pagrindo danga (500 nm–2 μm storio), pagerinanti akumuliatoriaus talpą ir ciklo stabilumą.

2. Nano miltelių paruošimas

Taikymo scenarijai:

◆Metalų / lydinių nanomilteliai (pvz., nano-sidabro, vario, nikelio milteliai): naudojami laidžiose pastose, katalizatoriuose ir 3D spausdinimo žaliavose;

◆Oksidiniai nanomilteliai (pvz., TiO₂, ZnO, Al2O3 milteliai): naudojami fotokatalitinėse medžiagose, keraminėse žaliavose ir dangų prieduose;

◆Sudėtiniai nanomilteliai (pvz., Fe₃O₄@SiO2, kvantinių taškų milteliai): naudojami biologinio jutimo, fluorescenciniuose zonduose ir magnetinėse laikymo medžiagose.

Techniniai pranašumai:

◆ Vienodas miltelių dalelių dydis: kontroliuojamas lašelių dydis lemia siaurą dalelių dydžio pasiskirstymą (paprastai 10-100 nm);

◆ Didelis grynumas: lašeliai reaguoja dujinėje fazėje, išvengiant priemaišų patekimo, kaip ir tradicinio drėgno apdorojimo metu;

◆ Kontroliuojama morfologija: reguliuojant reakcijos temperatūrą, nešančiųjų dujų srautą ir pirmtakų koncentraciją, galima paruošti skirtingos morfologijos nanomiltelius, pvz., sferines, dribsnių ir lazdelės{0}} formos daleles.

Tipiškas atvejis:

◆ Nano{0}}sidabro miltelių paruošimas: Sidabro nitrato tirpalas sumaišomas su reduktoriumi (pvz., etilenglikoliu), išpurškiamas ir perpilamas į 300 laipsnių reaktorių, siekiant sumažinti ir generuoti sferinius sidabro miltelius, kurių dalelių dydis yra 20–50 nm, naudojami kaip elektroninių LED elementų pakuotės ir fotovoltai.