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7440-22-4 / 關于片狀銀粉的應用

銀粉主要有球狀、片狀、樹枝狀等幾種典型的形狀。其中,片狀銀粉作為導電填料在形成導電通路時,因其顆粒間為線接觸或面接觸,相較球狀銀粉的點接觸,片狀銀粉具有相對較低的電阻;同時,片狀銀粉的比表面積相對球狀銀粉較大,表面活化能比球狀或類球狀銀粉低,所以其氧化度和氧化趨勢較低;另外,片狀銀粉具有較寬的撓度范圍和抗折裂伸張特性,可大大提高電子元件的可靠性。因此,片狀銀粉在微電子技術、柔性顯示技術、光伏產業等諸多領域都有廣泛的應用。

關于片狀銀粉的應用

片狀銀粉制備方法

目前,片狀銀粉的制備方法有機械球磨法、模板法、化學還原法、光誘導法等。

1機械球磨法

機械球磨法制備片狀銀粉通常是以AgNO3或Ag2O為銀源,在添加劑或分散劑的保護作用下采用化學沉淀法利用還原劑將其還原為不同粒徑的球形銀顆粒,再通過控制球料比、球磨助劑、固液比、球磨時間等參數采用機械球磨法將球形銀顆粒球磨得到片狀銀粉。球磨過程實際是通過磨球在罐體內運動,從罐體最高點落下時對處于罐體下方的球形銀粉施加的“打、砸”作用使球形銀粉變形成為片狀銀粉。

目前機械球磨法制備的片狀銀粉粒徑一般為微米級,銀粉色澤光亮、密度大、機械性能好、比表面積大;產率高,成本相對較低,是目前生產超細片狀銀粉的主要方法之一。

但機械球磨法在生產銀粉過程中也存在一些無法避免的不足之處:球磨工藝重現性差,易造成銀粉產品批次質量不穩定;另外,在球磨的過程中容易帶入雜質,影響銀粉的純度,同時還會產生硬化,不易達到要求的細度,并且能耗高。

2模板法

模板法是利用模板劑在溶液中自組裝形成的特殊結構,使有機物在晶核的某個晶面上進行選擇性分子吸附,降低晶面的表面能,使其擇向生長,進而生成非球形結構,具體包括硬模板法、軟模板法以及生物模板法等。

硬模板法在制備微納米結構方面有著強限域作用,能夠嚴格控制材料的大小和尺寸。但是合成的后處理比較麻煩,往往需要用強酸、強堿或有機溶劑除去模板,這不僅增加工藝流程,而且容易破壞模板內的微納米結構。生物模板法需要特定的細菌或生物材料,操作復雜,控制難度高且反應過程比較緩慢。

除此之外,所得非球形粒子往往是作為球形粒子的副產物而存在,方法本身的偶然性、不確定性較大且產率較低,因此目前尚難以在工業生產中得到直接應用。軟模板法通過化學作用控制納米顆粒的形貌、大小和取向,通常使用各種類型的表面活性劑、微乳液、高分子的自組織結構等,相較于其他2種,軟模板容易移除。

模板法對于制備特殊形貌的納米材料有著工藝簡單、反應重現性好、易于控制等優點,但這一方法僅在制備納米銀片方面效果較好,對于片徑較大的微米級別銀片的制備仍有很多問題需要解決。

3化學還原法

化學還原法是指在液相、固相或氣相條件下,用還原劑還原銀的化合物制備銀粉的一類方法。化學還原法制備片狀銀粉要經過化學還原、沉淀這一過程,包括銀離子的還原、過飽和、成核、生成銀晶和銀核長大、團聚等幾個步驟。在銀粒子沉淀的過程中,采用如光輻射、加入其他輔助化學品等手段以獲得片狀形貌的銀粉。

化學法制備的片狀銀粉不會因機械球磨而進一步污染,純度高,粒子結構均勻,且該法可以較為精確地控制反應條件,有利于得到粒徑和形狀可控的片銀。

但是銀粒子濃度偏低,成本偏高且產率低,無法滿足對片狀銀粉的大量需求,提高反應體系的銀粒子濃度會導致納米銀粉形貌不可控制、粒徑分布范圍寬等問題。同時粉末力學性能差,用于漿料中導致零位電阻增加。

化學還原法制備銀粉為了保證較好的分散性,一般需要加入較多的分散劑(保護劑),它們在后續洗滌中很難全部清除,有些甚至含有硫元素。在一定溫度和濕度條件下,導體電極材料中被離子化的Ag與環境中的硫發生化學反應生成黑色Ag2S,會使產品硫化加重,方阻增高。有些制備出來的片狀超細銀粉本身分散性差,團聚嚴重。

一方面造成致密性差,例如存在微小孔隙、微小裂縫等。另一方面,團聚越嚴重,振實密度越低,銀粉調制成的銀漿軋漿時粘輥,印刷時不易脫網且收縮率大,燒結膜疏松,形成疏松的導電網絡。

4光誘導法

光誘導法正是通過光輻照來改變銀晶核長大方向,直接采用不同的光源進行照射即可得到不同形貌的非球形銀粒子。整個光誘導過程可以分為誘導、生長和成熟三個階段。

采用光誘導法制備超細片狀銀粉,具有工藝和設備簡單、產品不易被污染等優點,是替代現行球磨法的可選方法之一。但是光誘導法制備的片狀銀粉色澤不光亮,銀漿燒結后的外觀變暗偏黃,而且由于操作條件難以控制,制備的片狀銀粉的粒徑不統一,且反應時間過長,方法本身的偶然性和不確定性較大,因此,以目前研究現狀光誘導法制備片狀銀粉很難實現產業化。

片狀銀粉的應用

談到片狀銀粉的應用,不得不提的是“徑厚比”,即片狀銀粉的顆粒粒徑與片層厚度的比值。徑厚比作為評價粉體片狀化程度的重要技術指標之一,直接決定了其應用的領域范圍。

粉體的片狀形貌并非標準圓形,不同部位的厚度也存在差異性,因而片狀銀粉的徑厚比只是一個估計值。如徑厚比越大的片狀銀粉,常常表現出較低的松裝密度,單位體積的銀粉顆粒數量較多,一般應用于薄膜開關導電銀漿領域,較低銀含量情況下也能表現出優異的導電性能;而徑厚比較小的片狀銀粉,常常表現出較高的振實密度,一般應用于高銀含量的導電銀漿及光伏行業的 HJT 銀漿領域。

小結

片狀銀粉的研究已經取得諸多成果,但有些關鍵問題仍待探索,如化學還原法中在提高銀粒子濃度的同時如何保證產物形貌和尺寸的均一性和分散性;產物的表面改性和內在機理研究;機械球磨法中球磨工藝的穩定控制、雜質的消除以及球磨過程的理論模擬研究等。征途漫漫,唯有奮斗,不同工藝方法制備的片狀銀粉在性能上各有優缺點,因此需要研究者們對銀粉的工藝優化給予關注,以制備出性能更優的銀粉,滿足日益發展的行業需求。

參考文獻:

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