Ultraheli pihustamise rakendamine nanomaterjalide ettevalmistamisel?

Ultraheli pihustamine (UAS) on tehnoloogia, mis kasutab ultraheli vibratsiooni, et purustada vedelad toorained mikroni/nanomeetri{0}}suurusteks tilkadeks, mis seejärel kandegaasi kaudu substraati või reaktsioonitsooni transporditakse. Seejärel valmistatakse nanomaterjalid kuivatamise, paagutamise või keemiliste reaktsioonide abil. Selle peamised eelised seisnevad ühtlases tilkade suuruses (kuni 1-10 μm), täpses ja kontrollitavas katte paksuses (tase nm- μm), mehaanilistes kahjustustes ja kõrges tooraine kasutamises. Seda on laialdaselt kasutatud nanokilede, nanopulbrite ja nanokomposiitmaterjalide valmistamisel ning see sobib eriti hästi tipptasemel valdkondades, nagu täppiselektroonika, uusenergia ja biomeditsiin.

 

1. Nanokile valmistamine (kõige tavalisem rakendus)

Rakenduse stsenaariumid:

◆Pooljuht-/elektroonilised seadmed: juhtivad nanokiled (nt ITO, grafeen, süsinik-nanotorukiled), isoleerkiled, fotoresistkatted;

◆Uus energia: liitium-ioonaku elektroodkiled (nanosilikoon, liitiumraudfosfaatkatted), kütuseelementide prootonivahetusmembraanid (Nafioni kile modifikatsioon), päikesepatarei valgust neelavad kihid (kvantpunktkiled);

◆Funktsionaalsed katted: läbipaistvad soojust{0}}isoleerivad kiled (nanoTiO₂, ZrO₂ katted), antibakteriaalsed kiled (nanohõbe-, tsinkoksiidkatted), isepuhastuvad kiled (nanoSiO₂ hüdrofoobsed katted).

Tehnilised eelised:

◆ Suurepärane kile ühtlus: ühtlane tilkade suurus väldib kattedefekte (nagu auke ja pragusid), mis on põhjustatud "piiskade agregatsioonist" traditsioonilisel pihustamisel;

◆ Täpne ja kontrollitav paksus: kattekihi paksuse nanoskaala kuni mikromeetrini{0}} (nt 10 nm–5 μm) saab saavutada pihustussageduse (20–180 kHz), vedeliku voolukiiruse (0,1–10 ml/min) ja pihustusaja reguleerimisega;

◆ Madala{0}}temperatuuri ettevalmistamine: madal kineetiline energia, kui tilgad põrkuvad substraati, võimaldab valmistada toatemperatuuril või keskmisel kuni madalal temperatuuril (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Tüüpilised juhtumid:

◆Grafeeni läbipaistev juhtiv kile: Grafeeni dispersioon pihustatakse ultraheliga ja pihustatakse klaasile või elastsele PET-substraadile. Pärast kuivamist madalal-temperatuuril lehtkindlusega kile<100 Ω/□ and a light transmittance >90% moodustub, sobib puutetundlikele ekraanidele ja paindlikele kuvaseadmetele;

◆Liitium-ioonaku räni-põhine anoodkate: nano-räniosakeste dispersioon pihustatakse vaskfooliumist aluspinnale, et moodustada ühtlane räni-põhine kate (paksus 500 nm–2 μm), parandades aku mahtuvust ja tsükli stabiilsust.

2. Nanopulbri valmistamine

Rakenduse stsenaariumid:

◆Metalli/sulami nanopulbrid (nt nano-hõbe, vask, niklipulber): kasutatakse juhtivates pastades, katalüsaatorites ja 3D-printimise toorainetes;

◆Oksiidnanopulbrid (nt TiO₂, ZnO, Al2O3 pulber): kasutatakse fotokatalüütilistes materjalides, keraamilistes toorainetes ja kattelisandites;

◆Komposiitnanopulbrid (nt Fe₃O₄@SiO2, kvantpunktipulber): kasutatakse biosensorites, fluorestseeruvates sondides ja magnetilistes salvestusmaterjalides.

Tehnilised eelised:

◆ Ühtlane pulbri osakeste suurus: kontrollitav tilkade suurus põhjustab osakeste suuruse kitsa jaotuse (tavaliselt 10-100 nm);

◆ Kõrge puhtusaste: tilgad reageerivad gaasifaasis, vältides lisandite sisseviimist nagu traditsioonilise märgtöötluse puhul;

◆ Kontrollitav morfoloogia: reaktsioonitemperatuuri, kandegaasi voolukiirust ja lähteaine kontsentratsiooni reguleerides saab valmistada erineva morfoloogiaga nanopulbreid, nagu sfäärilised, helbe- ja vardakujulised osakesed.

Tüüpiline juhtum:

◆ Nano-hõbedapulbri valmistamine: hõbenitraadi lahus segatakse redutseeriva ainega (nt etüleenglükool), pihustatakse ja suunatakse seejärel 300-kraadisesse reaktorisse, et redutseerida ja saada sfääriline hõbedapulber osakeste suurusega 20–50 nm, mida kasutatakse elektroonilistes LED-elektroodides ja fotovoltaides.