يعتمد جوهر العمل لمعدات رش ذرية الجرافين بالموجات فوق الصوتية على تأثير التجويف للموجات بالموجات فوق الصوتية ومبدأ اهتزاز التردد العالي. تتكون الجهاز بشكل أساسي من مولد بالموجات فوق الصوتية ، محول الطاقة ، فوهة ذرية ونظام التحكم في الرش.
عند بدء تشغيل الجهاز ، يولد المولد بالموجات فوق الصوتية إشارة كهربائية عالية التردد ، والتي تنتقل إلى محول الطاقة. يستخدم محول الطاقة عادةً مادة سيراميك كهروضوئية ، والتي تتمتع بميزة أنه بعد استلام الإشارة الكهربائية المرتفعة - التردد ، يمكن أن يحول بسرعة الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، مما يولد اهتزازات عنيفة تصل إلى عشرات الآلاف من المرات في الثانية أو أعلى ترددات (20 كيلو هرتز - 120 كيلو هرتز). ينتقل هذا الاهتزاز المرتفع - التردد إلى فوهة الذرة. عندما يتدفق محلول الجرافين عبر الفوهة ، تحت التأثير القوي للموجات بالموجات فوق الصوتية ، يتم إنشاء فقاعات تجويف صغيرة لا حصر لها داخل المحلول. يتم إنشاء هذه الفقاعات على الفور وينفجر بسرعة ، مما يولد قوة تأثير قوية ، وذات محلول الجرافين في قطرات ناعمة وموحدة للغاية مع قطر بضع ميكرون فقط (قابلة للتعديل بين 10 - 45μm).
على عكس رش الضغط التقليدي ، الذي يعتمد على غاز الضغط العالي لتفجير السائل في قطرات ، فإن عملية تكوين القطرات لترشيات الموجات فوق الصوتية أكثر حساسية ويمكن التحكم فيها. يتم رش قطرات محلول الجرافين الحجم هذه على سطح مادة الركيزة بطريقة مستقرة وموحدة تحت إشراف تدفق الهواء عالي المعدل بدقة. بعد الوصول إلى سطح الركيزة ، يتم ترسيب القطرات وتنتشر بالتساوي ، ومع تبخير المذيبات ، تتشكل طبقة من طلاء الجرافين بسمك موحد ، وكثافة التصاق الشركة تدريجياً. من خلال التحكم الدقيق للمعلمات الرئيسية مثل التردد بالموجات فوق الصوتية ، والطاقة ، ومعدل تدفق المحلول ، ووقت الرش ، يمكن التحكم في سماكة الطلاء بدقة على مستوى نانومتر ، ويمكن التحكم في نطاق الخطأ بشكل ثابت عند ± 3 نانومترات ، مما يوفر حماية موثوقة لسيناريوهات التطبيق مع متطلبات دقة عالية للغاية.
مجالات التطبيق: تمكين الابتكار والتنمية في صناعات متعددة
مجال المعلومات الإلكترونية
في تصنيع الأجهزة الإلكترونية المرنة ، تلعب معدات رذاذ ترذر الجرافين بالموجات فوق الصوتية دورًا رئيسيًا. من خلال رش محلول الجرافين بالتساوي على ركيزة بوليمر مرنة ، يمكن إعداد فيلم توصيلي شفاف مع الموصلية العالية والمرونة الجيدة. يستخدم هذا الفيلم على نطاق واسع في منتجات مثل العروض المرنة والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء ، مما يجعل من الممكن تحقيق النحافة والمرونة والأداء العالي للمنتجات الإلكترونية. على سبيل المثال ، في شاشات OLED المرنة ، يتم استخدام أفلام موصلة الجرافين التي تم رشها بالموجات فوق الصوتية كأقطاب أقطاب. بالمقارنة مع الأقطاب المعدنية التقليدية ، فإنه لا يمكن فقط تحسين إرسال الضوء للشاشة وجعل الشاشة أكثر وضوحًا ، ولكن أيضًا يعزز مرونة الشاشة وتقليل خطر الضرر الناجم عن الانحناء. في تصنيع الدوائر المتكاملة ، يمكن استخدام طلاء الجرافين لتحسين أداء تبديد الحرارة للرقائق. عن طريق رش الجرافين بالتساوي على سطح الشريحة واستخدام الموصلية الحرارية الممتازة ، يمكن تبديد الحرارة الناتجة عن الشريحة بسرعة ، مما يقلل بشكل فعال من درجة حرارة الرقاقة وتحسين استقرار التشغيل وحياة الشريحة.
مجال تخزين الطاقة والتحويل
في مجال بطاريات الليثيوم ، يمكن للرش بالموجات فوق الصوتية لمحلول الجرافين على سطح مواد الإلكترود بناء شبكة موصلة فعالة. هذا يساعد على تحسين معدل الموصية ونقل الإلكترون بشكل كبير ، وبالتالي تحسين كفاءة الشحن والتفريغ وعمر دورة بطارية الليثيوم. تُظهر البيانات التجريبية أن كفاءة الشحن والتفريغ لأقطاب بطارية الليثيوم التي يتم التعامل معها برش الموجات فوق الصوتية يمكن زيادة الجرافين بنسبة 20 ٪ - 30 ٪ ، ويمكن تمديد عمر دورة البطارية بنسبة 30 ٪ - 50 ٪ ، والذي يوفر دعمًا فنيًا مهمًا لتعزيز تطور بطارية الليثيوم وتلبية احتياجات السيارات الكهربائية ، ومطاعدات طاقة الطاقة ، إلخ. في مجال الخلايا الشمسية ، يمكن لتطبيق طبقة الجرافين على سطح الخلايا الكهروضوئية تحسين كفاءة امتصاص ضوء البطارية وكفاءة نقل الشحن ، وبالتالي تحسين كفاءة التحويل الكهروضوئية للخلايا الشمسية. في الوقت نفسه ، يمكن لمقاومة الاستقرار والمقاومة التآكل للجرافين أيضًا تعزيز عمر خدمة الخلايا الشمسية في البيئات الخارجية ، وتقليل تكاليف الصيانة ، وتعزيز الاستخدام الفعال والتعميم على نطاق واسع للطاقة الشمسية.
مجال حماية المواد والتعزيز
من حيث حماية المواد المعدنية ، بعد خلط الجرافين مع التآكل - الطلاء المقاوم ، يمكن أن يشكل رذاذ الانحلال بالموجات فوق الصوتية على سطح المعدن طلاء واقية كثيف. لا يمكن لهذا الطلاء أن يعزل المعدن بشكل فعال من التلامس مع الوسط التآكل الخارجي ، ولكنه أيضًا يستخدم الخصائص الممتازة للجرافين لتعزيز القوة الميكانيكية وارتداء المقاومة للطلاء ، وتحسين مقاومة التآكل للمواد المعدنية بشكل كبير في البيئات القاسية. على سبيل المثال ، في الهندسة البحرية ، يمكن لاستخدام طبقة الجرافين هذه للأجزاء الهيكلية المعدنية مثل السفن ومنصات الحفر في الخارج أن يمتد إلى حد كبير عمر خدمتها وتقليل تكاليف الصيانة والاستبدال. في إعداد المواد المركبة ، يمكن تفريق الجرافين المطلي بالموجات فوق الصوتية بالتساوي في مادة المصفوفة ، ويلعب دور مرحلة التعزيز ، وتحسين الخواص الميكانيكية للمواد المركبة بشكل فعال. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي إضافة الجرافين المطلي بالموجات فوق الصوتية إلى مواد مركبة ألياف الكربون المستخدمة في مجال الفضاء في تحسين قوة وتصلب المادة ، مع تقليل وزن المواد ، مما يوفر ضمانًا للموادًا للتصميم الخفيف الوزن والرحلة عالية الأداء للمركبات الفضائية.
مجال الطب الحيوي
في المجال الطبية الحيوية ، أظهرت معدات رش ذرات الجرافين بالموجات فوق الصوتية أيضًا إمكانات تطبيق رائعة. على سبيل المثال ، في تحضير ناقلات المخدرات ، يتم رش محلول الجرافين الذي يحتوي على أدوية على سطح الجسيمات النانوية من خلال الانحلال بالموجات فوق الصوتية لإعداد ناقلات الأدوية ذات الوظائف المحددة. يمكن لهذا الناقل تحقيق الولادة الدقيقة والإفراج المستمر للأدوية ، وتحسين التأثير العلاجي للأدوية ، وتقليل الآثار الجانبية للأدوية على الأنسجة الطبيعية. من حيث المستشعرات الحيوية ، من خلال رش طلاء الجرافين على سطح المستشعر ، يمكن تحسين حساسية وانتقائية المستشعر ، ويمكن تحقيق اكتشاف سريع ودقيق للجزيئات البيولوجية ، مما يوفر أداة قوية لتشخيص المرض والبحث الطبي الحيوي.