Ultraskaņas grafēna atomizācijas izsmidzināšanas aprīkojuma darba kodols ir balstīts uz ultraskaņas viļņu kavitācijas efektu un augstas - frekvences vibrācijas principu. Iekārtu galvenokārt veido ultraskaņas ģenerators, devējs, atomizācijas sprausla un vadības sistēmas izsmidzināšana.
Kad aprīkojums ir iedarbināts, ultraskaņas ģenerators ģenerē augstu - frekvences elektrisko signālu, kas tiek pārsūtīts uz devēju. Transduktors parasti izmanto pjezoelektrisko keramikas materiālu, kam ir raksturīgs, ka pēc augstas - frekvences elektriskā signāla saņemšanas tas var ātri pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā, radot vardarbīgas vibrācijas līdz desmitiem tūkstošiem reižu sekundē vai pat augstākas frekvences (20kHz - 120kHz). Šī augstā - frekvences vibrācija tiek pārnesta uz atomizējošo sprauslu. Kad grafēna šķīdums plūst caur sprauslu, ar ultraskaņas viļņu spēcīgo efektu šķīduma iekšpusē tiek ģenerēti neskaitāmi sīki kavitācijas burbuļi. Šie burbuļi tiek ģenerēti uzreiz un ātri pārsprāgst, radot spēcīgu trieciena spēku, atomizējot grafēna šķīdumu ārkārtīgi smalkos un vienveidīgos pilienos ar tikai dažu mikronu diametru (regulējams starp 10 - 45μm).
Atšķirībā no tradicionālās spiediena izsmidzināšanas, kas paļaujas uz augstu spiediena gāzi, lai pūst šķidrumu pilienos, ultraskaņas atomizācijas izsmidzināšanas pilienu veidošanās process ir smalkāks un kontrolējams. Šie mikrona izmēra grafēna šķīduma pilieni tiek izsmidzināti uz pamatnes materiāla virsmas stabilā un vienmērīgā veidā precīzi noregulētas augstas - ātruma gaisa plūsmas vadībā. Pēc substrāta virsmas sasniegšanas pilieni tiek vienmērīgi nogulsnēti un izkliedēti, un, iztvaicējot šķīdinātāju, pakāpeniski veidojas grafēna pārklājuma slānis ar vienmērīgu biezumu, blīvumu un stingru saķeri. Precīzi kontrolējot galvenos parametrus, piemēram, ultraskaņas frekvenci, jaudu, šķīduma plūsmas ātrumu un izsmidzināšanas laiku, pārklājuma biezumu var precīzi kontrolēt nanometra līmenī, un kļūdu diapazonu var stabili kontrolēt pie ± 3 nanometriem, kas nodrošina ticamu aizsardzību uzklāšanas scenārijiem ar ārkārtīgi augstām pārklājuma precizitātes prasībām.
Lietojumprogrammu lauki: inovāciju un attīstības iespējošana vairākās nozarēs
Elektroniskās informācijas lauks
Elastīgu elektronisko ierīču ražošanā galvenā loma ir ultraskaņas grafēna atomizācijas izsmidzināšanas iekārtām. Vienmērīgi izsmidzinot grafēna šķīdumu uz elastīga polimēra substrāta, var sagatavot caurspīdīgu vadītspēju ar augstu vadītspēju un labu elastību. Šī plēve tiek plaši izmantota tādos produktos kā elastīgi displeji un valkājamas elektroniskas ierīces, kas ļauj sasniegt elektronisko produktu plānumu, elastību un augsto veiktspēju. Piemēram, elastīgos OLED displejos kā elektrodus izmanto ultraskaņu izsmidzinātas grafēna vadītspējas plēves. Salīdzinot ar tradicionālajiem metāla elektrodiem, tas var ne tikai uzlabot ekrāna gaismas caurlaidību un padarīt displeju skaidrāku, bet arī uzlabot ekrāna elastību un samazināt lieces izraisīto bojājumu risku. Integrētās shēmas ražošanā grafēna pārklājumus var izmantot, lai uzlabotu mikroshēmu siltuma izkliedes veiktspēju. Vienmērīgi izsmidzinot grafēnu uz mikroshēmas virsmas un izmantojot tā lielisko siltumvadītspēju, mikroshēmas radīto siltumu var ātri izkliedēt, efektīvi samazinot mikroshēmas temperatūru un uzlabojot mikroshēmas darbības stabilitāti un dzīvi.
Enerģijas uzkrāšanas un pārveidošanas lauks
Litija bateriju laukā grafēna šķīduma ultraskaņas izsmidzināšana uz elektrodu materiālu virsmas var izveidot efektīvu vadošu tīklu. Tas palīdz ievērojami uzlabot elektrodu vadītspējas un elektronu pārneses ātrumu, tādējādi uzlabojot litija akumulatora uzlādes un izlādes efektivitāti un cikla darbības laiku. Eksperimentālie dati rāda, ka litija akumulatoru elektrodu lādēšanas un izlādes efektivitāti, kas apstrādāti ar ultraskaņas izsmidzināšanas grafēnu, var palielināt par 20%- 30%, un akumulatora cikla kalpošanas laiku var pagarināt par 30%- 50%, kas nodrošina svarīgu tehnisko atbalstu litija akumulatoru tehnoloģijas attīstībai un atbilstošu elektrisko transportlīdzekļu vajadzībām. Saules bateriju laukā grafēna pārklājuma piemērošana fotoelektrisko šūnu virsmai var uzlabot akumulatora gaismas absorbcijas efektivitāti un lādēšanas pārneses efektivitāti, tādējādi uzlabojot saules bateriju fotoelektrisko pārveidošanas efektivitāti. Tajā pašā laikā grafēna augstā stabilitāte un izturība pret koroziju var arī uzlabot saules bateriju kalpošanas laiku ārpus telpām, samazināt uzturēšanas izmaksas un veicināt efektīvu saules enerģijas izmantošanu un plaši popularizēšanu.
Materiālu aizsardzības un uzlabošanas lauks
Metāla materiāla aizsardzības izteiksmē pēc grafēna sajaukšanas ar koroziju - izturīgi pārklājumi, ultraskaņas atomizācijas izsmidzināšana uz metāla virsmas var veidot blīvu aizsargājošu pārklājumu. Šis pārklājums var ne tikai efektīvi izolēt metālu no kontakta ar ārējo korozīvo barotni, bet arī izmantot lieliskās grafēna īpašības, lai uzlabotu pārklājuma mehānisko izturību un izturību pret nodilumu, kā arī ievērojami uzlabotu metāla materiālu izturību pret koroziju skarbā vidē. Piemēram, jūras inženierijā šī grafēna pārklājuma izmantošana tādām metāla konstrukcijas detaļām kā kuģi un urbšanas platformas jūrā var ievērojami pagarināt viņu kalpošanas laiku un samazināt apkopes un nomaiņas izmaksas. Sagatavojot kompozītmateriālus, ultraskaņas izsmidzinātu grafēnu var vienmērīgi izkliedēt matricas materiālā, spēlēt pastiprināšanas fāzes lomu un efektīvi uzlabot kompozītmateriālu mehāniskās īpašības. Piemēram, ultraskaņas izsmidzināta grafēna pievienošana oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, kas tiek izmantoti kosmiskās laukā, var uzlabot materiāla stiprumu un stingrību, vienlaikus samazinot materiāla svaru, nodrošinot materiāla garantiju vieglajam dizainam un augstam - veiktspējas lidojums aviācijas un kosmosa transportlīdzekļu.
Biomedicīnas lauks
Biomedicīnas laukā ultraskaņas grafēna atomizācijas izsmidzināšanas iekārta ir parādījusi arī lielisku uzklāšanas potenciālu. Piemēram, narkotiku nesēju pagatavošanā ar ultraskaņas atomizāciju uz nanodaļiņu virsmas tiek izsmidzināts grafēna šķīdums, kas satur zāles, lai sagatavotu narkotiku nesējus ar īpašām funkcijām. Šis pārvadātājs var sasniegt precīzu piegādi un ilgstošu narkotiku izdalīšanos, uzlabot zāļu terapeitisko iedarbību un samazināt zāļu blakusparādības uz normāliem audiem. Biosensoru izteiksmē, izsmidzinot grafēna pārklājumu uz sensora virsmas, var uzlabot sensora jutīgumu un selektivitāti, kā arī var panākt ātru un precīzu bioloģisko molekulu noteikšanu, nodrošinot spēcīgu slimības diagnozes un biomedicīnas pētījumu instrumentu.