基于光烧结工艺的Cu@Ag NWs微纳连接及机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zwb20042002
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近年来,随着柔性印刷电子的发展,铜纳米线(Cu Nanowires,Cu NWs)由于其独特的导电性、机械柔韧性、热力学性能,在柔性电子领域得到广泛应用。Cu的导电率与Ag接近,但是Cu的价格比Ag低100倍,具有极高的成本优势,但Cu NWs易氧化的问题依然存在,Cu@Ag核壳结构作为一种解决氧化问题的新型方法而得到广泛关注。此外,脉冲光烧结技术由于其快速、高效、对基底无损害的优势而在柔性连接领域崭露头角。因此提出使用脉冲光烧结技术制备以Cu@Ag NWs为原料的柔性金属薄膜新方法,本文对Cu NWs和Cu@Ag NWs材料,从制备、应用、机理三方面进行研究。首先,采用水热法一次合成高长径比的Cu NWs,随后以简单置换反应在Cu NWs表面包覆银层,制备出包覆良好的银包铜纳米线(Cu@Ag Nanowires,Cu@Ag NWs)。从抗坏血酸浓度、Ag NO3溶液浓度及用量等方面对Cu@Ag NWs的最佳合成工艺进行探究,包覆良好的纳米线呈现“狼牙棒”状。本文探究了Ag层包覆时的生长机理,总结出了两种表面Ag颗粒生长机理。以两种包覆银层厚度不同的银包铜纳米线为原料,配制了1、2、3、4、5系导电墨水,总结出了高拟合精度度的墨水粘度与浓度关系式。使用强脉冲光烧结技术制备了以4、5系墨水为原料的导电性良好的金属薄膜,探究了能量密度、层数和纳米线种类对薄膜的性能影响机理。当能量密度为5 J/cm~2时,获得了最低方阻为148.3Ω/□的单层金属薄膜。在能量密度3 J/cm~2时对Cu NWs和Cu@Ag NWs脉冲光烧结机理进行探究。在Cu NWs烧结节点和搭接节点中,均出现了大量的孪晶排列,孪晶界为(?)。Cu@Ag NWs的烧结节点中存在大量层错以及孪晶,典型的烧结颈烧结机理如下:在烧结颈两侧较薄区域Ag优势生长晶面为(111),方向不同的Ag(111)被孪晶隔开;在中心较厚区域,大量孪晶、刃型位错、螺型位错混合生长,呈现“马鞍形”纳米颗粒低谷形貌;沿烧结颈轴向,厚度不断增大,逐渐演变为Ag(111)与Ag(200)优势生长颗粒。本文对铜纳米线抗氧化问题以及银包铜纳米线光烧结机理进行研究,为采用Cu NWs高效、快速地制备大面积、高可靠性、高光电性能的金属基柔性导电薄膜提供了新思路,助力柔性印刷电子产业的发展。
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