L'ugello ad ultrasuoni può essere utilizzato per la spruzzatura di nanotubi?

I nanotubi di carbonio (CNT) sono un tipico nanomateriale unidimensionale e da molti anni rappresentano uno dei punti caldi della ricerca nel campo della scienza dei materiali. I nanotubi di carbonio sono un isomero isotopico del carbonio cristallino. Strutturalmente, sono nanotubi cavi unidimensionali a forma di nido d'ape, in cui gli atomi CC formano legami covalenti con ibridazione sp2. In base al numero di pareti dei nanotubi di carbonio, questi possono essere suddivisi in nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) e nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT). In base alle caratteristiche strutturali dei nanotubi di carbonio, possono essere suddivisi in tre tipi: a poltrona, a zigzag ed elicoidali. I nanotubi di carbonio elicoidali hanno chiralità, mentre i nanotubi di carbonio a zigzag e a poltrona non hanno chiralità.

Vantaggi prestazionali dei nanotubi di carbonio:

1. Massima forza specifica: il legame covalente che collega gli atomi di carbonio nei nanotubi di carbonio è il legame chimico più stabile in natura. I nanotubi di carbonio hanno una resistenza alla trazione e un modulo elastico estremamente elevati. Allo stesso tempo, la densità dei nanotubi di carbonio è solo 1/6 di quella dell’acciaio, rendendoli il materiale con la più alta resistenza specifica che può essere preparato attualmente.

2. Elevata flessibilità: i nanotubi di carbonio sono forti ma non fragili. Quando si piegano i nanotubi di carbonio o si applica pressione su di essi assialmente, anche se la forza esterna supera il limite di resistenza di Eulero o la resistenza alla flessione, i nanotubi di carbonio non si romperanno, ma si piegheranno prima con un ampio angolo. Quando la forza esterna viene rilasciata, i nanotubi di carbonio ritornano al loro stato originale.

3. Buona conduttività: la struttura dei nanotubi di carbonio è la stessa della struttura lamellare della grafite e ha una buona conduttività. La resistenza dei nanotubi di carbonio è indipendente dalla loro lunghezza e diametro. Quando gli elettroni passano attraverso i nanotubi di carbonio, non generano calore per riscaldare i nanotubi di carbonio. La trasmissione degli elettroni nei nanotubi di carbonio è come la trasmissione dei segnali luminosi nei cavi in ​​fibra ottica, con una perdita di energia minima, rendendoli ottimi conduttori delle batterie.

4. Buone prestazioni di stoccaggio dell'idrogeno: i nanotubi di carbonio hanno un'elevata area superficiale specifica e hanno un'eccellente capacità di stoccaggio dell'idrogeno dopo il trattamento.

5. Eccellenti proprietà di inserimento del litio: la cavità del tubo cavo dei nanotubi di carbonio, gli spazi tra i tubi, gli spazi tra gli strati della parete del tubo e vari difetti nella struttura del tubo forniscono abbondante spazio di stoccaggio e canali di trasporto per gli ioni di litio.

6. Stabilità chimica: i nanotubi di carbonio sono chimicamente stabili e hanno resistenza agli acidi e agli alcali. L'aggiunta di nanotubi di carbonio ai compositi polimerici può migliorare la resistenza agli acidi e all'ossidazione del materiale stesso.

La spruzzatura a ultrasuoni di nanotubi è una tecnologia di rivestimento avanzata che utilizza la tecnologia a ultrasuoni per disperdere e spruzzare uniformemente i materiali di nanotubi (come nanotubi di carbonio o altre strutture di nanotubi) sulla superficie del substrato. Il nucleo sta nel combinare la capacità di dispersione degli ultrasuoni e il controllo preciso della spruzzatura per ottenere una deposizione efficiente e uniforme di nanomateriali.

I sistemi di spruzzatura ad ultrasuoni sono particolarmente adatti per la spruzzatura di nanosospensioni come CNT, nanofili, perovskiti, grafene, ecc. A causa della vibrazione ultrasonica intrinseca della testina di spruzzatura, l'energia rompe le particelle agglomerate nella sospensione e il liquido è soggetto a continue vibrazioni meccaniche durante tutto il processo di rivestimento senza danneggiare il materiale. Ciò è particolarmente vantaggioso nei casi in cui è richiesta una dispersione uniforme di nanoparticelle funzionali.

I sistemi di spruzzatura ad ultrasuoni vengono utilizzati per spruzzare rivestimenti di spessore uniforme su substrati di qualsiasi larghezza. La capacità di produrre questi rivestimenti molto sottili e altamente uniformi anche su larghezze molto ampie rende la tecnologia di spruzzatura ad ultrasuoni particolarmente adatta per molte applicazioni di spruzzatura nanotecnologica di precisione.

1. Principio tecnico

Dispersione ultrasonica:

L'effetto cavitazione viene generato nel liquido ultrasonico ad alta frequenza. L'alta pressione istantanea e il microgetto possono rompere efficacemente l'agglomerazione dei nanotubi, rendendoli uniformemente dispersi nel solvente, evitando danni o riagglomerazioni causati dalla tradizionale agitazione meccanica.

Processo di spruzzatura:

La sospensione dispersa di nanotubi viene atomizzata attraverso un ugello e spruzzata sulla superficie del substrato utilizzando gas compresso o assistenza elettrostatica. La vibrazione ultrasonica può anche ottimizzare l'effetto di atomizzazione, formare goccioline più fini e migliorare l'uniformità del rivestimento.

2. Vantaggi principali

Uniformità: le onde ultrasoniche assicurano che i nanotubi siano monodispersi, evitando l'agglomerazione delle particelle o le crepe nel rivestimento.

Processo a bassa temperatura: adatto per substrati sensibili al calore (come plastica, dispositivi elettronici flessibili).

Elevata adesione: i nanotubi sono strettamente legati al substrato, adatti per applicazioni che conducono elettricità, calore o migliorano le proprietà dell'interfaccia.

Spessore controllabile: regolando i parametri ultrasonici, la velocità di spruzzatura e la concentrazione, è possibile ottenere rivestimenti precisi da nanometri a micrometri.

3. Aree di applicazione

Dispositivi elettronici:

Pellicola conduttiva trasparente (in sostituzione di ITO, utilizzata nei touch screen e nei display flessibili).

Elettrodi sensore (gas/biosensori altamente sensibili).

Energia: rivestimenti degli elettrodi delle batterie al litio (migliorano la conduttività e la durata del ciclo).

Strati catalizzatori di celle a combustibile.

Aerospaziale: miglioramento della superficie composita (i nanotubi di carbonio migliorano la resistenza agli urti dei compositi in fibra di carbonio).

Biomedicina: rivestimenti antibatterici o elettrodi di interfaccia neurale (sfruttando la biocompatibilità dei nanotubi).

L'applicazione della tecnologia di spruzzatura a ultrasuoni nel settore medico non solo migliora il livello di produzione dei dispositivi medici, ma offre anche ai pazienti soluzioni mediche più sicure ed efficaci. Le imprese manifatturiere mediche devono abbracciare attivamente l’innovazione tecnologica, rafforzare la ricerca e lo sviluppo tecnologico e la formazione del personale, considerare la tecnologia di spruzzatura a ultrasuoni come una svolta, promuovere lo sviluppo della produzione medica nella direzione della precisione e dell’intelligenza e dare un contributo maggiore alla causa della salute umana. Con il continuo progresso della tecnologia, la tecnologia di spruzzatura ad ultrasuoni svolgerà un ruolo più importante nel campo della produzione medica e promuoverà l'industria medica a un livello superiore.

RPS-SONIC Video sulle apparecchiature di spruzzatura ad ultrasuoni: