Застосування ультразвукового розпилення в підготовці наноматеріалів?
Nov 24, 2025
Ультразвукове розпилення (UAS) – це технологія, яка використовує ультразвукову вібрацію для роздроблення рідкої сировини на мікронні/нанометрові-краплі розміром, які потім транспортуються до підкладки або реакційної зони через газ-носій. Потім наноматеріали готують шляхом сушіння, спікання або хімічних реакцій. Його основні переваги полягають у рівномірному розмірі крапель (до 1-10 мкм), точній і контрольованій товщині покриття (рівень нм-мкм), відсутності механічних пошкоджень і високому використанні сировини. Він широко застосовувався для виготовлення наноплівок, нанопорошків і нанокомпозитних матеріалів і особливо підходить для високотехнологічних галузей, таких як точна електроніка, нова енергетика та біомедицина.
1. Виготовлення наноплівок (найбільш масове застосування)
Сценарії застосування:
◆Напівпровідникові/електронні пристрої: провідні наноплівки (наприклад, ITO, графен, плівки з вуглецевих нанотрубок), ізоляційні плівки, фоторезистивні покриття;
◆Нова енергетика: електродні плівки літій-{0}}іонних акумуляторів (нанокремній, покриття з фосфату літію-заліза), протонообмінні мембрани паливних елементів (модифікація плівки Nafion), шари поглинання світла сонячних елементів (плівки квантових точок);
◆Функціональні покриття: прозорі тепло{0}}ізоляційні плівки (покриття nanoTiO₂, ZrO₂), антибактеріальні плівки (покриття з наносрібла, оксиду цинку), плівки, що само{1}}очищаються (гідрофобні покриття nanoSiO₂).
Технічні переваги:
◆ Чудова рівномірність плівки: рівномірний розмір крапель дозволяє уникнути дефектів покриття (таких як дірки та тріщини), спричинених «агрегацією крапель» під час традиційного розпилення;
◆ Точна та контрольована товщина: товщину покриття від нанорозміру до мікрометра- (наприклад, 10 нм–5 мкм) можна досягти шляхом регулювання частоти розпилення (20–180 кГц), швидкості потоку рідини (0,1–10 мл/хв) і часу розпилення;
◆ Низько{0}}температурна підготовка: низька кінетична енергія під час удару крапель об субстрат дозволяє готувати при кімнатній температурі або від середньої до низької температури (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).
Типові випадки:
◆Графенова прозора провідна плівка: графенову дисперсію розпилюють ультразвуком і розпилюють на скляну або гнучку підкладку з ПЕТ. Після низько{1}}температурного сушіння плівка з листовим опором<100 Ω/□ and a light transmittance >90% формується, підходить для сенсорних екранів і пристроїв з гнучким дисплеєм;
◆Анодне покриття на основі кремнієвого-акумулятора-: дисперсія частинок нано-кремнію розпилюється на підкладку з мідної фольги, щоб утворити рівномірне покриття на основі-кремнію (товщиною 500 нм–2 мкм), покращуючи ємність акумулятора та стабільність циклу.
2. Приготування нанопорошку
Сценарії застосування:
◆Нанопорошки металів/сплавів (наприклад, нано-порошок срібла, міді, нікелю): використовуються в провідних пастах, каталізаторах і сировині для 3D-друку;
◆Оксидні нанопорошки (наприклад, порошок TiO₂, ZnO, Al₂O₃): використовуються у фотокаталітичних матеріалах, керамічній сировині та добавках для покриття;
◆Композитні нанопорошки (наприклад, Fe₃O₄@SiO₂, порошок квантових точок): використовуються в біодатчиках, флуоресцентних зондах і магнітних накопичувальних матеріалах.
Технічні переваги:
◆ Рівномірний розмір частинок порошку: контрольований розмір крапель призводить до вузького розподілу частинок за розміром (зазвичай 10-100 нм);
◆ Висока чистота: краплі реагують у газовій фазі, уникаючи введення домішок, як при традиційній вологій обробці;
◆ Керована морфологія: регулюючи температуру реакції, швидкість потоку газу-носія та концентрацію прекурсора, можна отримувати нанопорошки з різною морфологією, як-от сферичні, лускоподібні та стрижневі -частинки.
Типовий випадок:
◆ Приготування нано{0}}порошку срібла: розчин нітрату срібла змішують із відновником (наприклад, етиленгліколем), розпилюють, а потім пропускають у реактор на 300 градусів для відновлення та генерування сферичного порошку срібла з розміром частинок 20–50 нм, який використовується в електронних пастах (таких як упаковка світлодіодів і електроди фотоелектричних елементів).
