银/铜/锡合金纳米粉体制备及导电性能研究

摘要

随着电子产品向智能化、微型化、柔性化及网络互联化发展，亟需发展与之匹配的粉体材料。银粉具有优异的导电性和热稳定性，被广泛应用在电子封装和印刷电子领域。但Ag价格较贵，且易发生迁移而导致器件电阻骤增或短路自通。金属Cu、Sn虽价格低，但热稳定性不佳，很难替代Ag而大规模使用。用添加Cu或Sn的Ag系合金粉来替代纯Ag粉使用，是目前较为经济和有效的一种途径。另外，直流电弧等离子体蒸发法制备的纳米材料产物纯净度高、生产过程简单、产率高、环境友好，是制备合金纳米粉体极具优势的一种方法。 本文采用直流电弧法在不同气氛下分别制备了Ag-Cu、Sn-Ag和Sn-Ag@C合金纳米粉体，通过XRD、TEM、XPS、EDS对纳米粉体进行结构、形貌表征，通过四探针法测试样品的薄片电阻率研究了其电性能，通过TGA考察了纳米粉体的热稳定性能。通过对实验结果进行分析和讨论，得出以下结论： （1）合金纳米粒子结构与形貌。Ag-Cu合金纳米粒子呈球形，表面覆盖氧化层，粒径为80-90nm，Ag与Cu以互相固溶的形式存在。Sn-Ag合金纳米粒子为球形，粒径在100nm左右，主要以Ag3Sn和单质Sn相存在，Ag3Sn表面的氧化层更薄，热稳定性更好，合金粒子表面氧化物主要为SnOx。Sn-Ag@C纳米复合粒子为一维棒状结构，长为100-200nm，一端为球型，直径为20-30nm，表面包覆2-3nm碳层，碳层下存在少量SnOx氧化物。单质Sn的催化作用是棒状粒子形成的主要原因。 （2）合金纳米粒子导电性能与热稳定性。与单质Cu、Sn纳米粉体相比，合金纳米粉的导电性能更好，且Ag含量越高导电性能越好。Sn-Ag合金纳米粉体的导电性能优于相同Ag比例的Ag-Cu合金纳米粉体。Sn-Ag@C纳米粒子表现出介电行为，其导电机制可以用电子限域理论解释。高温烧结导致氧化银分解为Ag，使得Ag-Cu合金纳米粉体的电阻率明显减小，但对Sn-Ag和Sn-Ag@C纳米粉体的电阻率影响很小。钝化过程中产生的薄氧化层可提高合金纳米粒子的抗氧化性。Sn-Ag@C纳米粒子具有最好的抗氧化能力，说明碳层可隔离氧气，但温度高于365℃后，由于其碳层发生烧蚀而抗氧化能力下降。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 银粉的性质和应用概述

1.2.1 银粉的性质

1.2.2 银粉的应用

1.2.3 电子工业用银粉的研究现状

1.3 纳米粉体的制备技术

1.4 金属纳米粒子与导电浆料的导电机制

1.4.1 金属纳米粒子的导电机制

1.4.2 导电浆料的组成及导电机制

1.5选题依据及研究内容

1.5.1 选题依据

1.5.2 研究内容

2 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料及试剂

2.2 实验设备

2.3 主要实验设备及原理

2.4 制备过程

(1) 前期处理

(2) 纳米粉体的制备

2.5 样品表征分析方法

（1） X射线衍射分析(XRD)

（2） 透射电子显微镜表征(TEM)

（3） X射线光电子能谱分析(XPS)

（4） 热分析法

（5） 四探针

（5）高温烧结

3 银-铜、锡-银合金纳米粉体的结构、形貌及表面特性

3.1 引言

3.2 样品制备条件

3.3 结果与讨论

3.2.1 Ag-Cu合金纳米粒子

3.2.2 Sn-Ag合金纳米粒子

3.2.3 Sn-Ag@C复合纳米粒子

3.4 本章小结

4 银-铜、锡-银合金纳米粉体的电学性能和热稳定性

4.1 引言

4.2 电学性能分析

4.2.1 Ag-Cu合金纳米粒子

4.2.2 Sn-Ag合金纳米粒子

4.2.3 Sn-Ag@C合金纳米粒子

4.3 热稳定性能分析

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢