Applicazione della spruzzatura di atomizzazione ad ultrasuoni nella preparazione di nanomateriali?

La spruzzatura di atomizzazione a ultrasuoni (UAS) è una tecnologia che utilizza la vibrazione ultrasonica per scomporre le materie prime liquide in goccioline di dimensioni micron/nanometro-, che vengono poi trasportate a un substrato o a una zona di reazione tramite un gas vettore. I nanomateriali vengono quindi preparati mediante essiccazione, sinterizzazione o reazioni chimiche. I suoi vantaggi principali risiedono nella dimensione uniforme delle gocce (fino a 1-10 μm), nello spessore del rivestimento preciso e controllabile (livello nm-μm), nell'assenza di danni meccanici e nell'elevato utilizzo delle materie prime. È stato ampiamente applicato nella preparazione di nanofilm, nanopolveri e materiali nanocompositi ed è particolarmente adatto per campi di fascia alta come l'elettronica di precisione, le nuove energie e la biomedicina.

 

1. Fabbricazione di nanofilm (la maggior parte delle applicazioni tradizionali)

Scenari applicativi:

◆Dispositivi semiconduttori/elettronici: nanofilm conduttivi (ad esempio, ITO, grafene, film di nanotubi di carbonio), film isolanti, rivestimenti fotoresist;

◆Nuova energia: pellicole per elettrodi di batterie agli ioni di litio- (nanosilicio, rivestimenti di fosfato di litio e ferro), membrane a scambio protonico per celle a combustibile (modifica della pellicola Nafion), strati di assorbimento della luce per celle solari (pellicole a punti quantici);

◆Rivestimenti funzionali: pellicole termoisolanti trasparenti-(rivestimenti nanoTiO₂, ZrO₂), pellicole antibatteriche (nanoargento, rivestimenti di ossido di zinco), pellicole auto-pulenti (rivestimenti idrofobici nanoSiO₂).

Vantaggi tecnici:

◆ Eccellente uniformità della pellicola: la dimensione uniforme delle gocce evita difetti di rivestimento (come fori di spillo e crepe) causati dall'aggregazione delle gocce nella spruzzatura tradizionale;

◆ Spessore preciso e controllabile: lo spessore del rivestimento su scala da nanoscala a micrometrica- (ad esempio, 10 nm-5 μm) può essere ottenuto regolando la frequenza di atomizzazione (20-180 kHz), la portata del liquido (0,1-10 ml/min) e il tempo di spruzzatura;

◆ Preparazione-a bassa temperatura: la bassa energia cinetica quando le goccioline colpiscono il substrato consente la preparazione a temperatura ambiente o a temperature medio-basse (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Casi tipici:

◆ Pellicola conduttiva trasparente in grafene: la dispersione di grafene viene atomizzata ad ultrasuoni e spruzzata su un substrato di vetro o PET flessibile. Dopo l'essiccazione a bassa-temperatura, si forma una pellicola con resistenza allo strato<100 Ω/□ and a light transmittance >Formato al 90%, adatto per touch screen e dispositivi di visualizzazione flessibili;

◆Rivestimento anodico a base di-batteria agli-ioni di litio: la dispersione di nano-particelle di silicio viene spruzzata su un substrato di lamina di rame per formare un rivestimento uniforme a base di silicio- (spessore 500 nm-2 μm), migliorando la capacità della batteria e la stabilità del ciclo.

2. Preparazione delle nanopolveri

Scenari applicativi:

◆Nanopolveri di metalli/leghe (ad es. nano-argento, rame, polvere di nichel): utilizzate in paste conduttive, catalizzatori e materie prime per la stampa 3D;

◆Nanopolveri di ossido (ad es. polvere di TiO₂, ZnO, Al₂O₃): utilizzate in materiali fotocatalitici, materie prime ceramiche e additivi di rivestimento;

◆Nanopolveri composite (ad es. Fe₃O₄@SiO₂, polvere di punti quantici): utilizzate nel biosensing, sonde fluorescenti e materiali di stoccaggio magnetico.

Vantaggi tecnici:

◆ Dimensione uniforme delle particelle di polvere: la dimensione controllabile delle gocce determina una distribuzione ristretta delle dimensioni delle particelle (tipicamente 10-100 nm);

◆ Elevata purezza: le goccioline reagiscono nella fase gassosa, evitando l'introduzione di impurità come nella tradizionale lavorazione a umido;

◆ Morfologia controllabile: regolando la temperatura di reazione, la portata del gas di trasporto e la concentrazione del precursore, è possibile preparare nanopolveri con morfologie diverse come particelle sferiche, a scaglie e a forma di bastoncino-.

Caso tipico:

◆ Preparazione della nano-polvere d'argento: la soluzione di nitrato d'argento viene miscelata con un agente riducente (come glicole etilenico), atomizzata e quindi passata in un reattore a 300 gradi per ridurre e generare polvere d'argento sferica con una dimensione delle particelle di 20-50 nm, utilizzata nelle paste elettroniche (come imballaggi LED ed elettrodi di celle fotovoltaiche).