Penerapan Penyemprotan Atomisasi Ultrasonik dalam Pembuatan Bahan Nano?

Penyemprotan atomisasi ultrasonik (UAS) adalah teknologi yang menggunakan getaran ultrasonik untuk memecah bahan mentah cair menjadi tetesan berukuran mikron/nanometer-yang kemudian diangkut ke substrat atau zona reaksi melalui gas pembawa. Bahan nano kemudian dibuat melalui pengeringan, sintering, atau reaksi kimia. Keunggulan utamanya terletak pada ukuran tetesan yang seragam (turun hingga 1-10 μm), ketebalan lapisan yang presisi dan dapat dikontrol (tingkat nm-μm), tidak ada kerusakan mekanis, dan pemanfaatan bahan baku yang tinggi. Ini telah diterapkan secara luas dalam pembuatan nanofilm, bubuk nano, dan bahan nanokomposit, dan sangat cocok untuk bidang kelas atas seperti elektronik presisi, energi baru, dan biomedis.

 

1. Fabrikasi Nanofilm (Aplikasi Paling Utama)

Skenario Aplikasi:

◆Semikonduktor/Perangkat Elektronik: Nanofilm konduktif (misalnya, ITO, graphene, film karbon nanotube), film isolasi, pelapis fotoresist;

◆Energi Baru: Film elektroda baterai litium-ion (nanosilikon, lapisan litium besi fosfat), membran penukar proton sel bahan bakar (modifikasi film Nafion), lapisan penyerapan cahaya sel surya (film titik kuantum);

◆Pelapis Fungsional: Film insulasi panas-transparan (pelapis nanoTiO₂, ZrO₂), film antibakteri (pelapis nanoperak, seng oksida), film-pembersih mandiri (pelapis hidrofobik nanoSiO₂).

Keuntungan Teknis:

◆ Keseragaman Film yang Sangat Baik: Ukuran tetesan yang seragam menghindari cacat lapisan (seperti lubang kecil dan retakan) yang disebabkan oleh "agregasi tetesan" dalam penyemprotan tradisional;

◆ Ketebalan yang Tepat dan Terkendali: Ketebalan lapisan berskala nano hingga mikrometer-(misalnya, 10 nm-5 μm) dapat dicapai dengan menyesuaikan frekuensi atomisasi (20-180 kHz), laju aliran cairan (0,1-10 mL/menit), dan waktu penyemprotan;

◆ Persiapan-Suhu Rendah: Energi kinetik rendah ketika tetesan mengenai substrat memungkinkan persiapan pada suhu kamar atau suhu sedang hingga rendah (<200℃), making it suitable for flexible substrates (such as PET, PI films) or thermosensitive materials (such as biomacromolecules, quantum dots).

Kasus Khas:

◆Film Konduktif Transparan Grafena: Dispersi grafena diatomisasi secara ultrasonik dan disemprotkan ke kaca atau substrat PET yang fleksibel. Setelah-pengeringan suhu rendah, film dengan ketahanan lembaran<100 Ω/□ and a light transmittance >90% terbentuk, cocok untuk layar sentuh dan perangkat tampilan fleksibel;

◆Lapisan Anoda-Baterai ion Lithium-berbasis Anoda: Dispersi partikel nano-silikon disemprotkan ke substrat foil tembaga untuk membentuk lapisan berbasis silikon-yang seragam (ketebalan 500 nm-2 μm), sehingga meningkatkan kapasitas baterai dan stabilitas siklus.

2. Persiapan Bubuk Nano

Skenario Aplikasi:

◆Bubuk Nano Logam/Paduan (misalnya nano-perak, tembaga, bubuk nikel): digunakan dalam pasta konduktif, katalis, dan bahan baku pencetakan 3D;

◆Bubuk Nano Oksida (misalnya, bubuk TiO₂, ZnO, Al₂O₃): digunakan dalam bahan fotokatalitik, bahan baku keramik, dan aditif pelapis;

◆Bubuk Nano Komposit (misalnya, Fe₃O₄@SiO₂, bubuk titik kuantum): digunakan dalam biosensing, probe fluoresen, dan bahan penyimpanan magnetik.

Keuntungan Teknis:

◆ Ukuran Partikel Serbuk Seragam: Ukuran tetesan yang dapat dikontrol menghasilkan distribusi ukuran partikel yang sempit (biasanya 10-100 nm);

◆ Kemurnian Tinggi: Tetesan bereaksi dalam fase gas, menghindari masuknya kotoran seperti pada pemrosesan basah tradisional;

◆ Morfologi Terkendali: Dengan menyesuaikan suhu reaksi, laju aliran gas pembawa, dan konsentrasi prekursor, bubuk nano dengan morfologi berbeda seperti partikel berbentuk bola, serpihan, dan batang-dapat dibuat.

Kasus Khas:

◆ Pembuatan Serbuk Nano-Perak: Larutan perak nitrat dicampur dengan zat pereduksi (seperti etilen glikol), diatomisasi, lalu dimasukkan ke dalam reaktor 300 derajat untuk mereduksi dan menghasilkan bubuk perak berbentuk bola dengan ukuran partikel 20-50 nm, digunakan dalam pasta elektronik (seperti kemasan LED dan elektroda sel fotovoltaik).