Aplicação de pulverização por atomização ultrassônica na preparação de nanomateriais?

A pulverização por atomização ultrassônica (UAS) é uma tecnologia que usa vibração ultrassônica para quebrar matérias-primas líquidas em gotículas de tamanho-micrométrico/nanômetro, que são então transportadas para um substrato ou zona de reação por meio de um gás de arraste. Os nanomateriais são então preparados por meio de secagem, sinterização ou reações químicas. Suas principais vantagens estão no tamanho uniforme das gotas (até 1{4}}10 μm), espessura de revestimento precisa e controlável (nível nm-μm), sem danos mecânicos e alta utilização de matéria-prima. Tem sido amplamente aplicado na preparação de nanofilmes, nanopós e materiais nanocompósitos, e é particularmente adequado para campos de ponta, como eletrônica de precisão, novas energias e biomedicina.

 

1. Fabricação de nanofilmes (aplicação mais comum)

Cenários de aplicação:

◆Semicondutores/Dispositivos Eletrônicos: Nanofilmes condutores (por exemplo, ITO, grafeno, filmes de nanotubos de carbono), filmes isolantes, revestimentos fotorresistentes;

◆Nova Energia: filmes de eletrodos de baterias de íons de lítio (nanossilício, revestimentos de fosfato de ferro e lítio), membranas de troca de prótons de células de combustível (modificação de filme Nafion), camadas de absorção de luz de células solares (filmes de pontos quânticos);

◆Revestimentos funcionais: Filmes transparentes-isolantes de calor (revestimentos de nanoTiO₂, ZrO₂), filmes antibacterianos (revestimentos de nanoprata, óxido de zinco), filmes auto-limpantes (revestimentos hidrofóbicos de nanoSiO₂).

Vantagens Técnicas:

◆ Excelente uniformidade do filme: O tamanho uniforme das gotas evita defeitos de revestimento (como furos e rachaduras) causados ​​pela “agregação de gotas” na pulverização tradicional;

◆ Espessura precisa e controlável: a espessura do revestimento em escala nanométrica a micrométrica-(por exemplo, 10 nm-5 μm) pode ser alcançada ajustando a frequência de atomização (20-180 kHz), taxa de fluxo de líquido (0,1-10 mL/min) e tempo de pulverização;

◆ Preparação em baixa-temperatura: A baixa energia cinética quando as gotículas impactam o substrato permite a preparação em temperatura ambiente ou em temperaturas médias a baixas (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Casos Típicos:

◆ Filme condutor transparente de grafeno: A dispersão de grafeno é atomizada ultrassonicamente e pulverizada sobre um substrato de vidro ou PET flexível. Após a secagem-a baixa temperatura, um filme com resistência de folha<100 Ω/□ and a light transmittance >90% é formado, adequado para telas sensíveis ao toque e dispositivos de exibição flexíveis;

◆Revestimento de ânodo à base de silício-de bateria de íons de lítio: a dispersão de partículas de nano{2}}silício é pulverizada em um substrato de folha de cobre para formar um revestimento uniforme à base de-silício (500 nm-2 μm de espessura), melhorando a capacidade da bateria e a estabilidade do ciclo.

2. Preparação de nanopó

Cenários de aplicação:

◆ Nanopós de metal/liga (por exemplo, nano-prata, cobre, níquel em pó): usados ​​em pastas condutoras, catalisadores e matérias-primas para impressão 3D;

◆Nanopós de óxido (por exemplo, pó de TiO₂, ZnO, Al₂O₃): usados ​​em materiais fotocatalíticos, matérias-primas cerâmicas e aditivos de revestimento;

◆ Nanopós compostos (por exemplo, Fe₃O₄@SiO₂, pó de pontos quânticos): usados ​​em biossensor, sondas fluorescentes e materiais de armazenamento magnético.

Vantagens Técnicas:

◆ Tamanho de partícula de pó uniforme: O tamanho de gota controlável resulta em uma distribuição estreita de tamanho de partícula (normalmente 10-100 nm);

◆ Alta Pureza: As gotas reagem na fase gasosa, evitando a introdução de impurezas como no processamento tradicional por via úmida;

◆ Morfologia controlável: ajustando a temperatura da reação, a taxa de fluxo do gás de arraste e a concentração do precursor, nanopós com diferentes morfologias, como partículas esféricas, em flocos e em forma de bastonete, podem ser preparados.

Caso típico:

◆ Preparação de nano-pó de prata: A solução de nitrato de prata é misturada com um agente redutor (como etilenoglicol), atomizada e depois passada em um reator de 300 graus para reduzir e gerar pó de prata esférico com tamanho de partícula de 20-50 nm, usado em pastas eletrônicas (como embalagens de LED e eletrodos de células fotovoltaicas).