表面改性处理对银包铜导电涂层的性能影响

表面改性处理对银包铜导电涂层的性能影响

王伟

412821198703164934

摘要：目前,导电纤维素主要用作导电银填料,而银纤维素的特点是精度高,可靠性和导电性高。然而,银作为贵金属的材料价格昂贵,制浆成本上升,存在银迁移现象。铜作为一种低金属,具有导电性,接近银,环保,生产成本低,易于加工,但经过氧化后容易氧化和导电性降低的问题。铜粉是一种新型的导电功能材料,具有良好的晶体结构、晶体性能和机械性能。银包铜粉是一种核壳结构,具有铜的物理化学性质,导电率高,银抗氧化能力好,银离子运动速率低,制造成本低。

关键词：表面改性处理；银包铜导电涂层；性能影响

引言

随着微电子产业的飞速发展，导电浆料在太阳能电池正电极、柔性印刷电路板、厚膜集成电路、大型油气管道等领域被广泛应用。导电浆料中导电粒子多为银粉，银电阻率较低，具有化学稳定性，然而银价格高昂，还存在银迁移现象，限制其应用领域。与之相比，金属铜价格便宜，电阻率也与银接近，但铜存在易氧化的缺点。因此对铜表面包覆银，既能解决铜氧化和银迁移问题，还能降低成本。除了考虑填料的价格，还应该考虑金属粉末的耐蚀性能，由于这是导电涂层的应用环境恶劣，一旦涂层出现损坏，金属填料会加速设备的腐蚀。因此为满足工程需求，制备出性能更好、价格低廉的导电防腐银包铜涂层迫在眉睫。

1银包铜粉的制备

铜粉的制备主要分为还原法和替代法。还原方法是将试剂添加到银离子溶液中,以刺激银离子还原和降解到基体表面,其中铜颗粒仅起辅助作用,不参与化学反应。常用的还原剂,抗坏血酸,甲醛,葡萄糖,水合磁铁等。虽然还原方法可以获得更高的银含量,但很难获得均匀分布的银层。它可以很容易地沉积在容器壁上或独立生长,所以银的利用率不高。在适当的溶液中，将银离子和铜离子还原沉积在金属基体上，形成银包铜粉。常见的化学还原法包括沉淀法和电化学方法。沉淀法通过控制反应条件，使得银和铜沉淀在基体上形成银包铜粉。在取代反应中,铜粉原子转化为铜离子并进入溶液,银离子恢复并沉积在铜粉表面。由于还原剂为铜粉,溶液中存在银离子,因此该过程为固体液体表面反应。与传统的还原方法相比,更容易控制银层的结晶和分布均匀性。然而,这种均匀性在很大程度上受粒子的大小和形状的影响。颗粒尺寸的增加不仅改变了表面活性原子的比值,而且还可以在微米尺度上形成银铜蒸气,导致微观电池反应。因此,适当控制工艺参数,促进铜颗粒表面银的均匀沉积是用替代方法生产银包铜粉的关键。

2试剂与仪器

硬脂酸(SA),天津化学反应器公司。,有限公司;苯二氮类药物(BTA),天津科米奥化学试剂公司。公司名称:XVIIFluoroxytrimethoxysilane(FAS),恒州东亚化学科技有限公司,有限公司;聚氨酯改性丙烯酸树脂(PUA),丙烯酸乙二醇-甲基硫代酯(PMA),二元酸酯(DBE),固化剂(HF-3285),广州聚碳酸酯合成材料有限公司。无水乙醇,天津富裕精细化工有限公司。北京有研究和新材料股份公司;上述所有试剂在分析纯。金相显微镜(MR5000型),南京瑞源光学仪器有限公司。电化学工作站(CS型),武汉科斯特仪器有限公司。直流低压测试仪(型号TH2546),常州通辉电子有限公司。接触角测试仪(JC2001C1型),上海中明数字技术设备有限公司。数字螺旋微型测量仪(5202型)、温州三级测量仪表有限公司。冷场发射扫描电子显微镜(SEM,Quanta-450-FFG型),美国FEI公司;X射线衍射仪(XRD,MAXIMAXRD-7000),日本下松公司。

3性能测试和表征方法

（1）根据银、铜粉的特性,采用光谱法进行银、铜粉的试验。铜粉的微观形态用超深光学显微镜和扫描电子显微镜观察。使用X射线衍射仪,分析了银铜粉的晶体结构,铜靶,Kα辐射,扫描速度7/min和扫描范围从30到85。用热重分析仪对银铜进行TG分析,加热速度10C/min。（2）热稳定性测试，将涂层置于高温环境中（如热风箱），观察其在高温下的稳定性，评估其热稳定性能。(3)为均匀混合的导电胶粘剂,质量比为1∶1,得到预结合基质,加入55%的银包铜,均匀混合得到导电胶粘剂。将导电粘合剂均匀地涂在一个7.5cmx2.0cm的矩形玻璃板上,铜棒的运动速度为0.02m/s，涂层为机械涂层,并在90°C的温度下进行30分钟的电化学测试。导电胶粘剂的高温老化试验在100°C的空气干燥器中进行,每2小时进行一次取样以检查导电性。电导率测试使用循环电位扫描(CV)进行,以获得CHI660B电化学站的电位保护(I−U)曲线。参考电极和反电极连接到导电胶粘剂的一端,工作电极连接到另一端,形成电化学工作站链条。初始电位为0.2V,负扫描后为-0.2V,反向扫描初始电位。（4）化学组成分析：使用X射线衍射（XRD）或能量色散X射线光谱（EDX）等方法对涂层进行化学组成分析，确定银和铜的含量、相对比例和化合物类型。

4银包铜的EDS分析

为了说明3种表面改性后粉体表面元素的变化，对不同表面改性银包铜粉的能谱进行分析，结果见图1。

图1不同改性处理后银包铜粉的EDS谱图（插表为元素含量表）

[（a）未处理；（b）SA；（c）BTA；（d）FAS]

由图1（a）可知，未改性的银包铜粉只存在Ag、Cu两种元素，表明制备的粉体没有掺杂其他杂质，纯度较高。由图1（b）可以确定，SA改性的粉体表面存在C、O、Cu、Ag元素，由于硬脂酸的主要成分是C、O、H，氢元素又难以测量，因此EDS谱图中出现了C、O元素，说明粉体表面的银与硬脂酸有发生反应。由图1（c）可知，BTA缓蚀处理的银包铜表面存在C、N、Cu、Ag元素，在EDS谱图中可以清晰看到C、N峰，说明BTA包覆在银包铜表面，由图1（d）可见，FAS改性的粉体含C、F、Cu、Ag，图中C和F元素的存在，证明在银包铜粉表面形成了均匀的氟硅烷薄层。

5丝网的数目以及抗老化的机理

根据实验数据,可以知道在实验过程中,使用不同数量的铜袋扇网印刷的导电膜电阻本身会随着时间的推移而产生一定的变化,实验数据可以用来绘制随时间变化的趋势和相应的嵌入曲线。通过对曲线的分析和观察,可以发现用320格打印的导电膜的阻力大于导电薄膜可以制造的250格打印的阻力。在实验中可以发现,用250丝印制的导电膜本身的阻力较小,其自身的变化趋势相对温和。主要原因是320网格和自身网格的数量较小,导致纸浆本身的渗透性不断提高,在印刷过程中,纸浆自身的抗压强度不断增加,纸浆的粘度也会出现,印刷过程中印刷起来比较困难,所以图像的表示块或不完全的情况下,不能形成很连续的薄膜,而且同样的导电膜本身也不是很稳定;在实验过程中,随着网格数量的减少,网格开始逐渐增大,250个目标链的自导率优于320个目标,实验结果在印刷过程中清晰、光滑,印刷网可以完全形成连续导电膜层,而且其自身的电阻较小,自身的导电性能更好。由此可见,目标电网250在打印电子溶液时比目标电网320具有更好的导电性,实验结果置于室温下,120d后电阻逐渐变化,银铜电子溶液的电阻变化仅为23.2%,直接说明它具有良好的稳定性。

结束语

采用不同的表面改性方法对银包铜导电涂层的耐蚀性及导电性能进行了研究，结果表明：硬脂酸能够有效地包覆在银包铜表面，有利于粉体的分散，具有最低的电阻率（1.06×10-3Ω·cm），疏水性最好，其接触角为140°，苯并三氮唑缓蚀后的电化学性能最好。

参考文献

[1]连福奇,苏晓磊,刘毅,贾艳.PET薄膜用银包铜导电浆料的制备与性能分析[J].西安工程大学学报,2021

[2]卜铁伟,吴玉茵,王真.可见光红外一体化伪装隐身涂层织物的制备[J].电镀与涂饰,2020

[3]刘洪.薄膜开关用银包铜导电浆料的制备及其性能研究[D].华南理工大学,2019

[4]韩莲.银包铜导电胶的制备及性能研究[D].江苏科技大学,2019

[5]朱晓云.银包铜粉及聚合物导体浆料制备与性能研究[D].昆明理工大学,2019