Ultraschallspritzen hochleitfähiger Filme

Ultraschallspritzen hochleitfähiger Filme – Ultraschallsprühen – Cheersonic

Ultraschall-Sprühgeräte bieten die Vorteile einer gleichmäßigen Zerstäubung, dichten Beschichtung und guten Steuerbarkeit und sind zu einer Schlüsseltechnologie für die Herstellung hochleitfähiger Schichten wie Graphen und Kupfer auf flexiblen Substraten wie Kunststofffolien geworden. Diese Technologie löst effektiv die Probleme mangelhafter Beschichtungsgleichmäßigkeit, hohen Materialverlusts und erheblicher Beschädigungen flexibler Substrate bei herkömmlichen Beschichtungsverfahren wie Schaber- und Tauchbeschichtung. Sie findet breite Anwendung in der flexiblen Elektronik, der elektromagnetischen Abschirmung, der Energiespeicherung und anderen Bereichen.

Kernprinzipien und Vorteile von Ultraschall-Sprühgeräten

Der Kern des Ultraschall-Sprühverfahrens besteht darin, leitfähige Paste (Graphenpaste, Kupferpaste usw.) mithilfe von Ultraschallschwingungsenergie in gleichmäßige Tröpfchen mit einem Durchmesser von wenigen bis mehreren zehn Mikrometern zu zerstäuben und diese anschließend durch einen Niederdruck-Luftstrom präzise auf die Oberfläche der Kunststofffolie zu transportieren. Nach dem Trocknen/Aushärten bildet sich ein leitfähiger Film.

Die Hauptvorteile gegenüber herkömmlichen Beschichtungen sind:

• Die Beschichtung ist extrem gleichmäßig: Die Partikelgrößenverteilung der zerstäubten Tröpfchen ist eng (normalerweise 5–50 μm), und die Schichtdickenabweichung kann innerhalb von ± 5 % kontrolliert werden, wodurch die bei herkömmlichen Verfahren auftretenden Streifen- und Nadelstichfehler vermieden werden.
• Geringe Beschädigung flexibler Substrate: Der Zerstäubungsdruck ist extrem niedrig (0,01–0,1 MPa), deutlich niedriger als beim Hochdrucksprühen, und verursacht keine Dehnung oder Beschädigung leicht verformbarer Kunststofffolien wie PET, PI, PP usw.
• Hohe Materialausnutzung: Die Nebeltitration zeichnet sich durch eine gute Richtungsabhängigkeit, minimale Spritzer und eine Materialausnutzung von über 80 % aus (herkömmliches Sprühen nur 30–50 %), besonders geeignet für hochpreisige Materialien wie Graphen und Nanokupfer.
• Präzise und kontrollierbare Schichtdicke: Durch die Anpassung von Parametern wie Sprühgeschwindigkeit, Schlickerkonzentration und Ultraschallleistung lässt sich die Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 10 μm steuern, um unterschiedliche Leitfähigkeitsanforderungen zu erfüllen.
• Kompatibilität mit niedrigen Temperaturen: Die Lösung kann mit Trocknungs- oder Aushärtungsprozessen bei Raumtemperatur (wie Infrarot- und UV-Härtung) kombiniert werden, um ein Schrumpfen oder eine Zersetzung der Kunststofffolie durch hohe Temperaturen zu vermeiden.

Flussdiagramm des Beschichtungsprozesses

1. Substratvorbereitung: Schneiden Sie die Kunststofffolie auf die gewünschte Größe zu und entfernen Sie den Staub (z. B. durch Absaugen oder Ionenstrahlreinigung).

2. Substratvorbehandlung: Wählen Sie je nach Folientyp eine Plasma-/chemische Ätz-/Primerbehandlung und tragen Sie die Beschichtung innerhalb einer Stunde nach der Behandlung auf (um einen Abfall der Oberflächenenergie zu vermeiden).

3. Herstellung der Suspension:

• Graphen: Mischen Sie Graphenpulver mit Dispergiermitteln und Lösungsmitteln, dispergieren Sie es in einer Kugelmühle/mit Ultraschall (20–60 Minuten), bis eine gleichmäßige Suspension entsteht, und filtern Sie es, um agglomerierte Partikel zu entfernen.
• Kupfer: Mischen Sie Nanokupferpulver mit Bindemittel, Antioxidationsmittel (z. B. Vitamin C) und Lösungsmittel, dispergieren Sie es 30–40 Minuten lang mit Ultraschall und kontrollieren Sie die Viskosität der Suspension auf 50–200 cP.

4. Ultraschallspritzen:

• Eingestellte Parameter: Ultraschallleistung 50–150 W, Spritzgeschwindigkeit 5–20 mm/s, Zerstäubungsdruck 0,02–0,05 MPa, Flüssigkeitsdurchfluss 0,1–1 ml/min.
• Substrattemperatur: Raumtemperatur bis 60 °C (um Rissbildung in der Beschichtung durch schnelle Lösungsmittelverdunstung zu vermeiden).

5. Nachbearbeitung:

• Graphen: 1–2 Stunden bei 60–120 °C trocknen. Bei oxidiertem Graphen ist eine weitere thermische Reduktion (150–300 °C, inerte Atmosphäre) oder chemische Reduktion (z. B. durch Iodwasserstoffsäurebehandlung) erforderlich.
• Kupfer: 1–3 Stunden bei 80–120 °C aushärten, vollständig durch Stickstoff geschützt, um Kupferoxidation zu verhindern.

6. Leistungsprüfung: Testen Sie den quadratischen Widerstand (Vier-Sonden-Methode), die Dicke (Stufenmessgerät), die Haftung (Gittermethode/Klebebandmethode) und die Flexibilität (Biegetest) der Beschichtung.

Anwendungsszenarien und Branchenanforderungen

Flexible Elektronik: Herstellung von leitfähigem Graphenfilm auf PET/PI-Folie für Elektroden in flexiblen Displays, flexiblen Touchscreens und tragbaren Geräten.
Elektromagnetische Abschirmung: Leitfähige Kupferfolien können als Abschirmschicht für Gehäuse elektronischer Geräte und Kommunikationskabel verwendet werden, um elektromagnetische Störungen (EMI) zu blockieren.
Energiespeicherung: Graphenbeschichtung auf Kunststofffolie als flexible Elektrode für Superkondensatoren oder als Stromabnehmerbeschichtung für Lithiumbatterien zur Reduzierung des Innenwiderstands.
Intelligente Verpackung: Integration leitfähiger Folien in Kunststoffverpackungen zur Herstellung intelligenter Etiketten, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit erfassen können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ultraschall-Sprühtechnologie eine effiziente und präzise Lösung für die Beschichtung von Kunststofffolien mit hoher Leitfähigkeit bietet. Mit der Optimierung von Materialprozessen und der Modernisierung von Anlagen wird ihre Anwendung in aufstrebenden Bereichen wie der flexiblen Elektronik weiter zunehmen.

Über Cheersonic

Cheersonic ist der führende Entwickler und Hersteller von Ultraschallbeschichtungssystemen zum Auftragen präziser Dünnschichtbeschichtungen zum Schutz, Festigen oder Glätten von Oberflächen auf Teilen und Komponenten für die Mikroelektronik/Elektronik, alternative Energie, Medizin und Industrie, einschließlich spezialisierter Glasanwendungen im Bau und Automobil.

Unsere Beschichtungslösungen sind umweltfreundlich, effizient und äußerst zuverlässig und ermöglichen eine drastische Reduzierung des Übersprays, Einsparungen beim Rohstoff-, Wasser- und Energieverbrauch und eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit, Transfereffizienz, hohe Gleichmäßigkeit und reduzierte Emissionen.