El nucli de treball dels equips de polvorització d’atomització de grafè d’ultrasons es basa en l’efecte de cavitació de les ones d’ultrasons i el principi de vibració d’alta freqüència. L’equip es compon principalment de generador d’ultrasons, transductor, broquet atomitzant i sistema de control de polvorització.
Quan s’inicia l’equip, el generador d’ultrasons genera un senyal elèctric d’alta freqüència, que es transmet al transductor. El transductor sol utilitzar material ceràmic piezoelèctric, que té la característica que després de rebre el senyal elèctric d’alta freqüència, pot convertir ràpidament l’energia elèctrica en energia mecànica, generant vibracions violentes de fins a desenes de milers de vegades per segon o fins i tot freqüències més elevades (20kHz - 120kz). Aquesta vibració d’alta freqüència es transmet a la boquilla atomitzadora. Quan la solució de grafè flueix a través de la boquilla, sota l’efecte potent de les ones d’ultrasons, es generen infinitat de petites bombolles de cavitació dins de la solució. Aquestes bombolles es generen a l’instant i s’esclaten ràpidament, generant una forta força d’impacte, atomitzant la solució de grafè en gotetes extremadament fines i uniformes amb un diàmetre de només unes poques micres (regulables entre 10 - 45 μm).
A diferència del ruixat de pressió tradicional, que es basa en gas d’alta - pressió per bufar líquid a les gotetes, el procés de formació de gotes de polvorització d’atomització d’ultrasons és més delicat i controlable. Aquestes gotetes de solució de grafè de mida micron es ruixen a la superfície del material del substrat de manera estable i uniforme sota l’orientació d’un flux d’aire d’alta velocitat ajustat precisament. Després d’arribar a la superfície del substrat, les gotetes es dipositen i s’estenen uniformement, i a mesura que el dissolvent s’evapora, es forma gradualment una capa de recobriment de grafè amb gruix uniforme, densitat i adhesió de l’empresa. Mitjançant el control precís de paràmetres clau com la freqüència ultrasònica, la potència, el cabal de solució i el temps de polvorització, el gruix de recobriment es pot controlar amb precisió a nivell de nanòmetre i el rang d’errors es pot controlar de manera estable a ± 3 nanòmetres, que proporciona una protecció fiable per als escenaris d’aplicació amb requisits de precisió extremadament alts.
Camps d'aplicacions: Habilitar la innovació i el desenvolupament en diverses indústries
Camp d'informació electrònica
En la fabricació de dispositius electrònics flexibles, els equips de polvorització d’atomització de grafè ultrasons tenen un paper clau. Al ruixar la solució de grafè uniformement sobre un substrat de polímer flexible, es pot preparar una pel·lícula conductora transparent amb alta conductivitat i una bona flexibilitat. Aquesta pel·lícula s’utilitza àmpliament en productes com pantalles flexibles i dispositius electrònics que es poden portar, cosa que permet aconseguir primesa, flexibilitat i alt rendiment de productes electrònics. Per exemple, en pantalles OLED flexibles, s’utilitzen pel·lícules conductores de grafè polvoritzades ultrasòniques com a elèctrodes. En comparació amb els elèctrodes metàl·lics tradicionals, no només pot millorar la transmissió de llum de la pantalla i fer més clara la pantalla, sinó que també pot millorar la flexibilitat de la pantalla i reduir el risc de danys causats per la flexió. En la fabricació de circuits integrats, es poden utilitzar recobriments de grafè per millorar el rendiment de la dissipació de calor dels xips. Ruixant uniformement el grafè a la superfície del xip i utilitzant la seva excel·lent conductivitat tèrmica, la calor generada pel xip es pot dissipar ràpidament, reduint eficaçment la temperatura del xip i millorant l'estabilitat i la vida del xip.
Camp d’emmagatzematge i conversió d’energia
Al camp de les bateries de liti, el ruixat d’ultrasons de solució de grafè a la superfície dels materials d’elèctrodes pot crear una xarxa conductora eficient. Això ajuda a millorar significativament la conductivitat i la taxa de transferència d’electrons de l’elèctrode, millorant així l’eficiència de càrrega i descàrrega i la vida ciclista de la bateria de liti. Les dades experimentals mostren que l’eficiència de càrrega i descàrrega dels elèctrodes de bateries de liti tractades amb grafè de polvorització d’ultrasons es pot augmentar en un 20%- 30%, i que la vida del cicle de la bateria es pot estendre un 30%- 50%, cosa que proporciona un suport tècnic important per promoure el desenvolupament de la tecnologia de bateries de liti i satisfer les necessitats de vehicles elèctrics, centrals d’energia, etc. Al camp de les cèl·lules solars, l’aplicació del recobriment de grafè a la superfície de les cèl·lules fotovoltaiques pot millorar l’eficiència d’absorció de la bateria i l’eficiència de transferència de càrrega, millorant així l’eficiència de conversió fotoelèctrica de les cèl·lules solars. Al mateix temps, l’alta estabilitat i la resistència a la corrosió del grafè també poden millorar la vida útil de les cèl·lules solars en entorns exteriors, reduir els costos de manteniment i promoure l’ús eficient i la popularització generalitzada de l’energia solar.
Camp de protecció i millora de materials
Pel que fa a la protecció del material metàl·lic, després de barrejar el grafè amb recobriments de corrosió - resistents, la polvorització d’atomització d’ultrasons a la superfície metàl·lica pot formar un dens recobriment protector. Aquest recobriment no només pot aïllar eficaçment el metall del contacte amb el medi corrosiu extern, sinó que també utilitzar les excel·lents propietats del grafè per millorar la resistència mecànica i la resistència al desgast del recobriment i millorar significativament la resistència a la corrosió dels materials metàl·lics en entorns durs. Per exemple, a l’enginyeria marina, l’ús d’aquest recobriment de grafè per a peces estructurals metàl·liques com ara vaixells i plataformes de perforació en alta mar pot ampliar molt la seva vida útil i reduir els costos de manteniment i substitució. En la preparació de materials compostos, el grafè polvoritzat per ultrasons es pot dispersar uniformement en el material de la matriu, jugar el paper de la fase de reforç i millorar eficaçment les propietats mecàniques dels materials compostos. Per exemple, afegir grafè polvoritzat ultrasònicament a materials compostos de fibra de carboni utilitzats al camp aeroespacial pot millorar la força i la rigidesa del material, alhora que redueix el pes del material, proporcionant una garantia de material per al disseny lleuger i el vol d’alt rendiment dels vehicles aeroespacials.
Camp biomèdic
Al camp biomèdic, els equips de polvorització d’atomització de grafè ultrasònics també han mostrat un gran potencial d’aplicació. Per exemple, en la preparació de portadors de fàrmacs, es ruixa una solució de grafè que conté fàrmacs a la superfície de nanopartícules mitjançant atomització d’ultrasons per preparar portadors de fàrmacs amb funcions específiques. Aquest portador pot aconseguir un lliurament precís i un alliberament sostingut de fàrmacs, millorar l'efecte terapèutic dels fàrmacs i reduir els efectes secundaris dels fàrmacs sobre els teixits normals. Pel que fa a biosensors, es pot millorar el recobriment de grafè a la superfície del sensor, es pot millorar la sensibilitat i la selectivitat del sensor, i es pot aconseguir una detecció ràpida i precisa de molècules biològiques, proporcionant una potent eina per al diagnòstic de malalties i la investigació biomèdica.