Ag纳米颗粒/纳米片复合导电墨水的烧结行为及机理研究

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近年来,电子元器件朝着柔性化,轻量化和功能化的方向发展。纸张、塑料、纺织物等柔性基底也逐渐被应用在柔性电子中。为了能够研究出一种适用于柔性基底的高导电性的墨水,本文将纳米银颗粒与纳米银片按照不同比例混合,制备出了几种复合导电墨水。利用直写技术,将这些墨水涂写在了爱普生相纸上,并对烧结方法及机理进行了研究。本文的主要研究内容如下:研究了薄膜在100℃下热烧结30分钟后薄膜的微观结构,导电性,表面孔洞率,薄膜硬度以及柔性。同时,也对薄膜的热烧结机理进行了研究。结果表明,当纳米银颗粒和纳米银片1:1混合时,所得薄膜在烧结后具有最佳的导电性能,电阻率低至0.103μΩ·m,仅为金属银电阻率的6.5倍。除此之外,此薄膜也表现出了最佳的机械性能。与纯银纳米颗粒薄膜和银片薄膜相比,复合墨水薄膜性能的提升是得益于纳米银颗粒和纳米银片的共同作用。但对于热敏性基底,100℃下的热烧结还是会对基底带来伤害。因此,必须寻找一种能够在更低温度下对薄膜进行烧结的方法。所以,又研究了室温下浸渍在NaCl溶液中复合导电墨水薄膜的性能。获得了薄膜的最佳烧结浓度、烧结时间以及最适宜化学烧结的墨水配比。经过实验发现,当纳米银颗粒和银片配比为1:1,且烧结浓度为1 mol/L,烧结时间为30分钟时薄膜的导电性能达到最好,仅为0.101μΩ·m。烧结后,采用SEM,TEM,XRD,XPS以及FT-IR等方法对薄膜进行研究,以探究烧结后薄膜的微观形貌和室温化学烧结机理。通过对烧结薄膜微观形貌分析,对导电性和机械性能测试,发现在低温和室温下对复合薄膜进行烧结是一种可用于实际电子元器件制造的十分可行的方法。
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