Aplicació de la polvorització d'atomització ultrasònica en la preparació de nanomaterials?

La polvorització d'atomització ultrasònica (UAS) és una tecnologia que utilitza la vibració ultrasònica per trencar les matèries primeres líquides en gotes de la mida d'un micron o un nanòmetre-, que després es transporten a un substrat o una zona de reacció mitjançant un gas portador. Els nanomaterials es preparen després per assecat, sinterització o reaccions químiques. Els seus avantatges principals es troben en la mida uniforme de la gota (fins a 1-10 μm), el gruix del recobriment precís i controlable (nivell de nm{-μm), l'absència de danys mecànics i l'alta utilització de matèries primeres. S'ha aplicat àmpliament en la preparació de nanofilms, nanopols i materials nanocomposts, i és especialment adequat per a camps de gamma alta com l'electrònica de precisió, les noves energies i la biomedicina.

 

1. Fabricació de nanofilms (aplicació més convencional)

Escenaris d'aplicació:

◆Dispositius semiconductors/electrònics: nanofilms conductors (per exemple, ITO, grafè, pel·lícules de nanotubs de carboni), pel·lícules aïllants, recobriments fotoresistents;

◆Nova energia: pel·lícules d'elèctrodes de bateria d'ions de liti-(nanosilici, recobriments de fosfat de ferro de liti), membranes d'intercanvi de protons de cèl·lules de combustible (modificació de pel·lícules Nafion), capes d'absorció de llum de cèl·lules solars (pel·lícules de punts quàntics);

◆Recobriments funcionals: pel·lícules aïllants de calor-transparents (recobriments de nanoTiO₂, ZrO₂), pel·lícules antibacterianes (nanoplata, recobriments d'òxid de zinc), pel·lícules d'auto-neteja (recobriments hidròfobs de nanoSiO₂).

Avantatges tècnics:

◆ Excel·lent uniformitat de la pel·lícula: la mida uniforme de les gotes evita els defectes de recobriment (com ara forats i esquerdes) causats per l'"agregació de gotes" en la polvorització tradicional;

◆ Gruix precís i controlable: el gruix del recobriment a escala nanomètrica a -escala micromètrica (per exemple, 10 nm-5 μm) es pot aconseguir ajustant la freqüència d'atomització (20-180 kHz), el cabal de líquid (0,1-10 ml/min) i el temps de polvorització;

◆ Preparació a baixa-temperatura: la baixa energia cinètica quan les gotes impacten sobre el substrat permet la preparació a temperatura ambient o temperatures mitjanes a baixes (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Casos típics:

◆ Pel·lícula conductora transparent de grafè: la dispersió de grafè s'atomitza per ultrasons i s'aboca sobre un substrat de vidre o PET flexible. Després de l'assecat a baixa-temperatura, una pel·lícula amb una resistència a la làmina<100 Ω/□ and a light transmittance >El 90% està format, adequat per a pantalles tàctils i dispositius de visualització flexibles;

◆Revestiment d'ànode basat en silici- de la bateria d'ions de liti-: la dispersió de partícules de nano-silici s'aboca sobre un substrat de làmina de coure per formar un recobriment uniforme de silici- (500 nm-2 μm de gruix), millorant la capacitat de la bateria i l'estabilitat del cicle.

2. Preparació de nanopols

Escenaris d'aplicació:

◆Nanopols metàl·liques/aliatges (p. ex., nano-plata, coure, níquel en pols): s'utilitzen en pastes conductores, catalitzadors i matèries primeres d'impressió 3D;

◆Nanopols d'òxid (per exemple, TiO₂, ZnO, pols d'Al₂O₃): s'utilitzen en materials fotocatalítics, matèries primeres ceràmiques i additius de recobriment;

◆Nanopols compostos (per exemple, Fe₃O₄@SiO₂, pols de punt quàntic): utilitzats en biodetecció, sondes fluorescents i materials d'emmagatzematge magnètic.

Avantatges tècnics:

◆ Mida uniforme de partícules de pols: la mida de les gotes controlables dóna com a resultat una distribució estreta de la mida de les partícules (normalment 10-100 nm);

◆ Alta puresa: les gotes reaccionen en la fase gasosa, evitant la introducció d'impureses com en el processament humit tradicional;

◆ Morfologia controlable: ajustant la temperatura de reacció, el cabal de gas portador i la concentració de precursors, es poden preparar nanopols amb diferents morfologies, com ara partícules esfèriques, escates i en forma de vareta-.

Cas típic:

◆ Preparació de nano-pols de plata: la solució de nitrat de plata es barreja amb un agent reductor (com l'etilenglicol), s'atomitza i després es passa a un reactor de 300 graus per reduir i generar pols de plata esfèrica amb una mida de partícula de 20-50 nm, que s'utilitza en envasos electrònics de cèl·lules LED fotovoltaiques i pastes.