Penggunaan Penyemburan Pengabutan Ultrasonik dalam Penyediaan Bahan Nano?

Penyemburan pengatoman ultrasonik (UAS) ialah teknologi yang menggunakan getaran ultrasonik untuk memecahkan bahan mentah cecair kepada titisan bersaiz mikron/nanometer-, yang kemudiannya diangkut ke substrat atau zon tindak balas melalui gas pembawa. Bahan nano kemudiannya disediakan melalui pengeringan, pensinteran, atau tindak balas kimia. Kelebihan terasnya terletak pada saiz titisan seragam (sehingga 1-10 μm), ketebalan salutan yang tepat dan boleh dikawal (paras nm{-μm), tiada kerosakan mekanikal dan penggunaan bahan mentah yang tinggi. Ia telah digunakan secara meluas dalam penyediaan nanofilem, serbuk nano, dan bahan nanokomposit, dan amat sesuai untuk bidang mewah seperti elektronik ketepatan, tenaga baharu dan bioperubatan.

 

1. Fabrikasi Nanofilem (Aplikasi Paling Utama)

Senario Aplikasi:

◆Peranti Semikonduktor/Elektronik: Filem nano konduktif (cth, ITO, graphene, filem tiub nano karbon), filem penebat, salutan fotoresist;

◆Tenaga Baharu: Filem elektrod bateri-ion litium (nanosilikon, salutan fosfat besi litium), membran pertukaran proton sel bahan api (pengubahsuaian filem Nafion), lapisan penyerapan cahaya sel suria (filem titik kuantum);

◆Salutan Fungsian: Filem penebat haba lutsinar-(salutan nanoTiO₂, ZrO₂), salutan antibakteria (salutan nanosilver, zink oksida), salutan-pembersih sendiri (salutan hidrofobik nanoSiO₂).

Kelebihan Teknikal:

◆ Keseragaman Filem Cemerlang: Saiz titisan seragam mengelakkan kecacatan salutan (seperti lubang jarum dan retak) yang disebabkan oleh "penjumlahan titisan" dalam penyemburan tradisional;

◆ Ketebalan Tepat dan Boleh Dikawal: Skala nano kepada mikrometer -ketebalan salutan skala (cth, 10 nm-5 μm) boleh dicapai dengan melaraskan kekerapan pengatoman (20-180 kHz), kadar aliran cecair (0.1-10 mL/min), dan masa penyemburan;

◆ Rendah-Penyediaan Suhu: Tenaga kinetik rendah apabila titisan memberi kesan kepada substrat membolehkan penyediaan pada suhu bilik atau suhu sederhana hingga rendah (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Kes Biasa:

◆ Filem Konduktif Lutsinar Grafena: Penyerakan grafena diatomkan secara ultrasonik dan disembur pada kaca atau substrat PET yang fleksibel. Selepas pengeringan suhu-rendah, filem dengan rintangan helaian<100 Ω/□ and a light transmittance >90% terbentuk, sesuai untuk skrin sentuh dan peranti paparan fleksibel;

◆Litium-Bateri Silikon-Salutan Anod berasaskan: Nano-Penyebaran zarah silikon disembur pada substrat kerajang kuprum untuk membentuk salutan berasaskan silikon-seragam (tebal 500 nm-2 μm), meningkatkan kapasiti bateri dan kestabilan kitaran.

2. Penyediaan Serbuk Nano

Senario Aplikasi:

◆Serbuk Nano Logam/Ali (cth, nano-perak, kuprum, serbuk nikel): digunakan dalam pes konduktif, pemangkin dan bahan mentah percetakan 3D;

◆Serbuk Nano Oksida (cth, serbuk TiO₂, ZnO, Al₂O₃): digunakan dalam bahan fotokatalitik, bahan mentah seramik dan bahan tambahan salutan;

◆Serbuk Nano Komposit (cth, Fe₃O₄@SiO₂, serbuk titik kuantum): digunakan dalam biosensing, probe pendarfluor dan bahan simpanan magnetik.

Kelebihan Teknikal:

◆ Saiz Zarah Serbuk Seragam: Saiz titisan terkawal menghasilkan taburan saiz zarah yang sempit (biasanya 10-100 nm);

◆ Ketulenan Tinggi: Titisan bertindak balas dalam fasa gas, mengelakkan kemasukan kekotoran seperti dalam pemprosesan basah tradisional;

◆ Morfologi Boleh Kawal: Dengan melaraskan suhu tindak balas, kadar aliran gas pembawa dan kepekatan prekursor, serbuk nano dengan morfologi berbeza seperti zarah berbentuk sfera, kepingan dan{0}}batang boleh disediakan.

Kes Biasa:

◆ Penyediaan Nano-Serbuk Perak: Larutan perak nitrat dicampur dengan agen penurunan (seperti etilena glikol), diatomkan, dan kemudian dihantar ke dalam reaktor 300 darjah untuk mengurangkan dan menjana serbuk perak sfera dengan saiz zarah 20-50 nm, digunakan dalam pes elektronik (seperti pembungkusan elektrod sel fotovoltaik LED).