Aplikace ultrazvukového atomizačního nástřiku při přípravě nanomateriálů?

Ultrazvukové rozprašování (UAS) je technologie, která využívá ultrazvukové vibrace k rozbití kapalných surovin na kapičky o velikosti mikronů/nanometrů-, které jsou pak transportovány do substrátu nebo reakční zóny prostřednictvím nosného plynu. Nanomateriály se pak připravují sušením, slinováním nebo chemickými reakcemi. Jeho hlavní výhody spočívají v jednotné velikosti kapiček (až do 1-10 μm), přesné a kontrolovatelné tloušťce povlaku (úroveň nm-μm), bez mechanického poškození a vysoké spotřebě suroviny. Je široce používán při přípravě nanofilmů, nanoprášků a nanokompozitních materiálů a je zvláště vhodný pro špičkové obory, jako je přesná elektronika, nová energetika a biomedicína.

 

1. Výroba nanofilmu (nejčastější aplikace)

Aplikační scénáře:

◆Polovodičová/elektronická zařízení: Vodivé nanovrstvy (např. ITO, grafen, filmy z uhlíkových nanotrubiček), izolační filmy, fotorezistní povlaky;

◆Nová energie: Lithium-iontové elektrodové filmy (nanosilikon, povlaky s fosforečnanem lithným), membrány pro výměnu protonů palivových článků (modifikace filmu Nafion), vrstvy absorbující světlo solárních článků (filmy s kvantovými tečkami);

◆Funkční povlaky: Transparentní tepelně-izolační filmy (povlaky nanoTiO₂, ZrO₂), antibakteriální filmy (nanostříbro, povlaky z oxidu zinečnatého), samočistící filmy (hydrofobní povlaky nanoSiO₂).

Technické výhody:

◆ Vynikající stejnoměrnost filmu: Jednotná velikost kapek zabraňuje defektům povlaku (jako jsou dírky a praskliny) způsobeným „agregací kapek“ při tradičním stříkání;

◆ Přesná a kontrolovatelná tloušťka: Tloušťku povlaku v nanoměřítku až mikrometru- (např. 10 nm–5 μm) lze dosáhnout úpravou frekvence rozprašování (20–180 kHz), průtoku kapaliny (0,1–10 ml/min) a doby stříkání;

◆ Nízká-teplotní příprava: Nízká kinetická energie při dopadu kapek na substrát umožňuje přípravu při pokojové teplotě nebo střední až nízké teplotě (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Typické případy:

◆Graphene Transparent Conductive Film: Grafenová disperze je atomizována ultrazvukem a nastříkána na skleněný nebo flexibilní PET substrát. Po sušení při nízké teplotě-vytvoří film s plošným odporem<100 Ω/□ and a light transmittance >90% je vytvořeno, vhodné pro dotykové obrazovky a flexibilní zobrazovací zařízení;

◆Lithium-iontová baterie Silikonový-potah anody: Nano-disperze křemíkových částic je nastříkána na substrát z měděné fólie, aby vytvořila jednotný{3}}potah na bázi křemíku (tloušťka 500 nm–2 μm), čímž se zlepšuje kapacita baterie a stabilita cyklu.

2. Příprava nanoprášku

Aplikační scénáře:

◆Nanoprášky kovů/slitin (např. nano-stříbro, měď, niklový prášek): používané ve vodivých pastách, katalyzátorech a surovinách pro 3D tisk;

◆Oxidové nanoprášky (např. TiO₂, ZnO, Al₂O3 prášek): používané ve fotokatalytických materiálech, keramických surovinách a nátěrových přísadách;

◆Kompozitní nanoprášky (např. Fe3O4@SiO₂, prášek s kvantovými tečkami): používané v biosenzorech, fluorescenčních sondách a magnetických skladovacích materiálech.

Technické výhody:

◆ Jednotná velikost částic prášku: Kontrolovatelná velikost kapiček vede k úzké distribuci velikosti částic (typicky 10-100 nm);

◆ Vysoká čistota: Kapičky reagují v plynné fázi a zabraňují vnášení nečistot jako při tradičním mokrém zpracování;

◆ Kontrolovatelná morfologie: Úpravou reakční teploty, průtoku nosného plynu a koncentrace prekurzoru lze připravit nanoprášky s různými morfologiemi, jako jsou kulovité, vločkovité a tyčinkovité částice.

Typický případ:

◆ Příprava nano{0}}stříbrného prášku: Roztok dusičnanu stříbrného se smíchá s redukčním činidlem (jako je etylenglykol), rozpráší se a poté se vede do 300stupňového reaktoru, aby se zredukoval a vytvořil sférický stříbrný prášek s velikostí částic 20–50 nm, který se používá v elektronických pastách (jako jsou obaly LED a elektrody fotovoltaických článků).