Lõi làm việc của thiết bị phun nguyên tử graphene siêu âm dựa trên hiệu ứng xâm thực của sóng siêu âm và nguyên tắc rung tần số cao - Thiết bị này chủ yếu bao gồm máy phát siêu âm, đầu dò, vòi phun nguyên tử và hệ thống điều khiển phun.
Khi thiết bị được khởi động, máy phát siêu âm tạo ra tín hiệu điện tần số cao, được truyền đến đầu dò. Đầu dò thường sử dụng vật liệu gốm áp điện, có đặc điểm sau khi nhận được tín hiệu điện tần số cao, nó có thể nhanh chóng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, tạo ra các rung động bạo lực lên hàng chục ngàn lần mỗi giây hoặc thậm chí tần số cao hơn (20KHz - 120kHz). Độ rung tần số cao này được truyền đến vòi phun nguyên tử. Khi dung dịch graphene chảy qua vòi phun, dưới hiệu ứng mạnh mẽ của sóng siêu âm, vô số bong bóng xâm thực nhỏ được tạo ra bên trong dung dịch. Các bong bóng này được tạo ra ngay lập tức và vỡ nhanh chóng, tạo ra một lực tác động mạnh, nguyên tử hóa dung dịch graphene thành các giọt cực kỳ mịn và đồng nhất với đường kính chỉ một vài micron (có thể điều chỉnh giữa 10 - 45μm).
Không giống như phun áp lực truyền thống, dựa trên khí cao - khí để thổi chất lỏng vào các giọt, quá trình hình thành giọt của thuốc phun nguyên tử siêu âm là tinh tế và có thể kiểm soát được hơn. Các giọt dung dịch graphene có kích thước micron - được phun lên bề mặt vật liệu chất nền theo cách ổn định và đồng đều dưới hướng dẫn của luồng không khí tốc độ được điều chỉnh chính xác. Sau khi chạm tới bề mặt của chất nền, các giọt được lắng đọng và lan rộng đều, và khi dung môi bay hơi, một lớp lớp phủ graphene với độ dày, mật độ và độ bám dính của chắc được hình thành dần. Thông qua việc kiểm soát chính xác các thông số chính như tần số siêu âm, công suất, tốc độ dòng dung dịch và thời gian phun, độ dày lớp phủ có thể được kiểm soát chính xác ở cấp độ nanomet và phạm vi lỗi có thể được kiểm soát ổn định ở mức độ ± 3 nanomet, cung cấp bảo vệ đáng tin cậy cho các kịch bản ứng dụng với các yêu cầu đối với lớp phủ cao.
Các lĩnh vực ứng dụng: cho phép đổi mới và phát triển trong nhiều ngành công nghiệp
Trường thông tin điện tử
Trong việc sản xuất các thiết bị điện tử linh hoạt, thiết bị phun nguyên tử graphene siêu âm đóng vai trò chính. Bằng cách phun dung dịch graphene đều vào chất nền polymer linh hoạt, một màng dẫn điện trong suốt với độ dẫn cao và tính linh hoạt tốt có thể được chuẩn bị. Bộ phim này được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như màn hình linh hoạt và các thiết bị điện tử có thể đeo được, giúp đạt được độ mỏng, tính linh hoạt và hiệu suất cao của các sản phẩm điện tử. Ví dụ, trong màn hình OLED linh hoạt, màng dẫn điện graphene được phun siêu âm được sử dụng làm điện cực. So với các điện cực kim loại truyền thống, nó không chỉ có thể cải thiện độ truyền ánh sáng của màn hình và làm cho màn hình rõ ràng hơn, mà còn tăng cường tính linh hoạt của màn hình và giảm nguy cơ thiệt hại do uốn cong. Trong sản xuất mạch tích hợp, lớp phủ graphene có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất tản nhiệt của chip. Bằng cách phun đều graphene lên bề mặt chip và sử dụng độ dẫn nhiệt tuyệt vời của nó, nhiệt do chip tạo ra có thể nhanh chóng bị tiêu tán, làm giảm hiệu quả nhiệt độ chip và cải thiện độ ổn định hoạt động và tuổi thọ của chip.
Trường lưu trữ và lưu trữ năng lượng
Trong lĩnh vực pin lithium, việc phun siêu âm dung dịch graphene trên bề mặt vật liệu điện cực có thể xây dựng một mạng dẫn điện hiệu quả. Điều này giúp cải thiện đáng kể độ dẫn và tốc độ truyền electron của điện cực, do đó cải thiện hiệu quả sạc và xả và tuổi thọ của pin lithium. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng hiệu quả sạc và xả của các điện cực pin lithium được xử lý bằng graphene phun siêu âm có thể được tăng 20%- 30%, và tuổi thọ pin có thể được kéo dài 30%- 50%, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật quan trọng để thúc đẩy phát triển công nghệ pin lithium. Trong lĩnh vực pin mặt trời, áp dụng lớp phủ graphene lên bề mặt của các tế bào quang điện có thể cải thiện hiệu quả hấp thụ ánh sáng của pin và hiệu quả truyền điện tích, do đó cải thiện hiệu quả chuyển đổi quang điện của pin mặt trời. Đồng thời, độ ổn định cao và khả năng chống ăn mòn của graphene cũng có thể tăng cường tuổi thọ của pin mặt trời trong môi trường ngoài trời, giảm chi phí bảo trì và thúc đẩy việc sử dụng hiệu quả và phổ biến rộng rãi năng lượng mặt trời.
Lĩnh vực bảo vệ và nâng cao vật chất
Về mặt bảo vệ vật liệu kim loại, sau khi trộn graphene với sự ăn mòn - lớp phủ kháng, siêu âm phun phun lên bề mặt kim loại có thể tạo thành một lớp phủ bảo vệ dày đặc. Lớp phủ này không chỉ có thể cách ly kim loại một cách hiệu quả khỏi tiếp xúc với môi trường ăn mòn bên ngoài, mà còn sử dụng các tính chất tuyệt vời của graphene để tăng cường sức mạnh cơ học và điện trở hao mòn của lớp phủ, và cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn của vật liệu kim loại trong môi trường khắc nghiệt. Ví dụ, trong kỹ thuật biển, việc sử dụng lớp phủ graphene này cho các bộ phận cấu trúc kim loại như tàu và nền tảng khoan ngoài khơi có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của chúng và giảm chi phí bảo trì và thay thế. Trong việc chuẩn bị các vật liệu composite, graphene phun siêu âm có thể được phân tán đều trong vật liệu ma trận, đóng vai trò củng cố pha và cải thiện hiệu quả các tính chất cơ học của vật liệu composite. Ví dụ, việc thêm graphene được phun siêu âm vào các vật liệu composite bằng sợi carbon được sử dụng trong trường hàng không vũ trụ có thể cải thiện sức mạnh và độ cứng của vật liệu, đồng thời giảm trọng lượng của vật liệu, cung cấp bảo đảm vật liệu cho thiết kế nhẹ và chuyến bay hiệu suất cao của các phương tiện hàng không vũ trụ.
Lĩnh vực y sinh
Trong lĩnh vực y sinh, thiết bị phun nguyên tử graphene siêu âm cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng tuyệt vời. Ví dụ, trong việc chuẩn bị các chất mang thuốc, một dung dịch graphene chứa thuốc được phun trên bề mặt hạt nano thông qua nguyên tử hóa siêu âm để chuẩn bị các chất mang thuốc với các chức năng cụ thể. Người vận chuyển này có thể đạt được việc phân phối chính xác và giải phóng thuốc duy trì, cải thiện tác dụng điều trị của thuốc và giảm tác dụng phụ của thuốc đối với các mô bình thường. Về mặt cảm biến sinh học, bằng cách phun lớp phủ graphene lên bề mặt cảm biến, độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến có thể được cải thiện, và có thể đạt được sự phát hiện nhanh chóng và chính xác và chính xác, cung cấp một công cụ mạnh mẽ để chẩn đoán bệnh và nghiên cứu y sinh.