In der Welt der Nanomaterialien werden Kohlenstoff-Nanoröhren wegen ihrer mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften als "Sternmaterialien" bezeichnet. Allerdings ist die Umsetzung dieser mikroskopischen Leistung effizient und präzise in praktische Funktionen in Makrogeräten ein Engpäßhals, der ihre Anwendung im großen Maßstab einschränkt. Traditionelle Beschichtungstechniken wie Dreh-, Kratz- oder Normalbeschichtungen sind oft schwierig, Hindernisse wie Gleichmäßigkeit, Materialverschwendung und strukturelle Schäden zu überwinden. Vor diesem Hintergrund hat sich die Ultraschallsprühtechnik zu einem Prozess entwickelt, der Kohlenstoff-Nanoröhrennetzwerke präzise „weben“ kann und neue Türen für die Herstellung von leistungsstarken Geräten eröffnet.

01 Technische Engpässe, Herausforderungen bei Kohlenstoff-Nanoröhren-Anwendungen

Kohlenstoff-Nanoröhren stehen vor dem Problem der ungleichmäßigen Streuung und der leichten Reunion in Verbundwerkstoffanwendungen, die zu einem Forschungsschwerpunkt im Bereich der Materialwissenschaft geworden sind. Selbst bei sehr niedrigem Gehalt (0,01 bis 0,05 Gewichtsprozent) kann ein Kohlenstoffnanoröhrchen die mechanischen Eigenschaften des Matrixmaterials erheblich verbessern, unter der Voraussetzung, dass es eine gleichmäßige Dispersion erreichen muss. Kohlenstoff-Nanoröhren haben eine inhärente Hydrophobie und eine hohe Oberflächenenergie, was dazu führt, dass sie dazu neigen, sich durch Van der Waal-Kräfte gegenseitig zu verwickeln, um Aggregate zu bilden, was nicht nur ihre effektive relative Oberflächenfläche verringert, sondern auch ihre Leistungsfähigkeit stark beeinträchtigt. Wenn sie als spraybare Beschichtung verwendet werden, werden sie aufgrund der internen Eigenschaften dieser Materialien zusammengefasst oder geklumpft. Konventionelle Luftsprühverfahren verschärfen die Reunion leicht, ohne eine gleichmäßige Streuung auf nanoscale zu erreichen.

02 Ultraschallspray, Präzisionsdispersionsprinzip

Die Ultraschallsprühtechnik verwendet die hohe Frequenz der Vibrationsenergie (50-120 kHz), um Flüssigkeiten in gleichmäßige feine Nebeltropfen umzuwandeln; Seine Kerntechnologie besteht auch in der Kavitationswirkung durch Vorultraschall, um eine gleichmäßige Streuung von Kohlenstoff-Nanoröhren im Lösungsmittel zu erreichen. Wenn sich die Schallwellen in flüssigen Medien ausbreiten, können die sich bildenden Mikroblasen sofort zusammenbrechen, um lokale hohe Temperaturen, hohen Druck und starke Stoßwellen zu erzeugen, physikalische Bedingungen, die Kohlenstoff-Nanoröhren effektiv trennen, wie sie mit einem präzisen "Nano-Chirurgiemesser" ihre Verwirrung lösen. FUNSONIC hat in Kombination mit professioneller Ultraschallanwendungstechnologie eine Vielzahl von automatisierten Präzisionssprühgeräten entwickelt, die neue Lösungen für die Beschichtung von Kohlenstoff-Nanoröhren bieten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sprühverfahren, die hohe Temperaturen oder hohe Druckbedingungen erfordern, benötigt der Sprühprozess der Ultraschallsprühgeräte keine zusätzliche hohe Temperatur oder hohen Druck, um die Rohrstruktur und die Oberflächenbildung von Kohlennanoröhren zu vermeiden. Die entstehenden Sprühtropfen sind milder und gleichmäßiger und reduzieren den Bruch und die Verformung von Kohlenstoff-Nanoröhren durch mechanische Schnerkräfte.

03 Fünf Vorteile für die Wettbewerbsfähigkeit der Technologie

Die Ultraschallbeschichtungstechnik hat mehrere bedeutende Vorteile bei der Beschichtung von Kohlenstoff-Nanoröhren und bietet eine breite Anwendungsperspektive in vielen Bereichen.

Die Aufrechterhaltung der Integrität der Struktur von Kohlenstoff-Nanoröhren ist einer der wichtigsten Vorteile. Die Ultraschallversprühung verhindert den Bruch und die Verformung von Kohlenstoff-Nanoröhren durch mechanische Scherkräfte und behält ihre charakteristischen ausgezeichneten Eigenschaften.

Hohe Gleichmäßigkeit und Kontrolle sind ein weiterer Vorteil. Ultraschall kann die Lösung in Nanotröpfchen verteilen, um eine homogene Folie oder Beschichtung zu bilden. Durch die präzise Einstellung der Vernetzungsparameter (Frequenz, Durchflussgeschwindigkeit, Abstand) können verschiedene Sprüheffekte erzielt werden, um den Anforderungen vieler Anwendungen gerecht zu werden.

Die hohe Materialnutzung senkt die Produktionskosten erheblich, besonders bei teuren Kohlenstoff-Nanoröhrenmaterialien. Die Materialnutzung mit Ultraschallbeschichtung kann bis zu 90% erreichen, wodurch die Verschwendung erheblich reduziert wird.

Die Technologie eignet sich auch für komplexe Substrate und Muster, ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung auf mehreren Substraten und erweitert den Anwendungsbereich in Kombination mit anderen Produktionsanlagen.

Die starke Haftung der Beschichtung ist dank der hohen Oberflächenverhältnis und der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoffnanoröhren möglich. Durch die Einführung von Kohlenstoff-Nanoröhren durch Ultraschallsprühen kann eine dichtere und robustere Beschichtungsstruktur gebildet werden, die die Haltbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung verbessert.

Die Ultraschallsprühtechnik bietet einen effizienten und präzisen Weg zur Anwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren. Wie die Forscher sagen, können durch den Ultraschall-Kavitationseffekt - die Herstellung einer homogenen Lösung und anschließend durch Ultraschall-Hochfrequenzsvibrationen - eine Flüssigkeitsversprühung erzeugt werden, die Kohlenstoff-Nanoröhren erfolgreich gleichmäßig auf dem Substrat verteilen und ein 3D-leitfähiges Netzwerk aufbauen, das mit einem "neuronalen Netzwerk" vergleichbar ist. Mit der kontinuierlichen Optimierung und Innovation der Ultraschallbeschichtungstechnik werden Kohlenstoffnanoröhren in Zukunft ihr außergewöhnliches Potenzial in den Bereichen Energie, Elektronik und Medizin zeigen und den wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt und die industrielle Entwicklung neue Dynamik geben.

FUNSONICPansonic Ultraschall hat im Laufe der Jahre umfangreiche praktische Erfahrung und Daten gesammelt und verfügt über ein offenes Ultraschallanwendungslabor, das kostenlose Probenaktivitäten für eine Vielzahl von Benutzern bietet. Für die Anforderungen an skalierbaren, großen Flächen und kontinuierlichen automatisierten Produktionslinien kann auch eine One-Stop-Lösung für die automatisierte Präzisionssprühung und die Vorbereitung von hochwertigen Beschichtungen basierend auf den spezifischen Bedürfnissen und Prozessprozessen des Benutzers entwickelt werden.