金属导电油墨(铜、银及铜银核壳颗粒)的制备及其导电性能研究

摘要

金属导电油墨是用导电材料制成的油墨，具有一定程度导电性质，可作为印刷导电点或导电线路之用。其中常用的金属导电油墨有金墨和银墨，其导电性好、抗氧化能力强，性能很好，但缺点是其价格昂贵，不利于工业生产。铜粉虽然成本较低，导电性好，但它的抗氧化性差，在空气中暴露容易氧化，使导电油墨的使用寿命大大缩短。为了充分发挥银的高导电性和耐氧化性，以及铜粉成本低、导电性良好等优势，在铜粉表面包覆一层银，制成铜-银核壳纳米颗粒，这样可以克服单一使用这两种金属的缺点。这种粉末材料可以广泛应用于许多领域，如导电材料等，它对新材料的开发应用具有非常重要的意义。本论文以化学还原法为基础，利用简单反应物可控合成出纳米Ag颗粒，纳米Cu颗粒，并对产物进行各种表征，探索其合成的最佳条件。用Cu颗粒表面的Cu原子直接置换Ag+得到Ag颗粒使之沉积在铜颗粒表面合成Cu-Ag核壳结构并且用其做填料制成具有良好稳定性和导电性的金属油墨。主要内容如下:
　　第一、以化学还原法为基础，使用葡萄糖、水合肼、次磷酸氢钠几种不同的化学药品作为还原剂，以PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为保护剂，通过改变化学药品的添加量、温度等反应条件制备了纳米铜颗粒，纳米银颗粒以及铜-银核壳颗粒。实验结果表明，还原剂的添加量和反应温度对产物的纯度有很大影响，而保护剂的添加量则大大影响产物的粒径大小及其分散性。
　　第二、对所得产物进行TEM、SEM、XRD、UV-via、热重等表征，我们可以看到在通过化学还原法可控反应制备的纯银颗粒和纯铜颗粒都具有很高的纯度，且颗粒粒径分布均匀，分散性良好，将所得产物分散在乙醇和丙三醇的混合溶液中制备成银导电油墨和铜导电油墨，制备的金属油墨的书写图案在氩气氛围中经160℃的高温烧结后均具有良好的导电性，可以使连结电压的小灯泡发出亮光，经四探针测试可得银导电油墨的电阻率可低至8.1μΩ·cm，铜导电油墨的电阻率可低至20.5μΩ·cm。
　　第三、采用置换法，将银离子加入到合成的铜纳米颗粒中，银离子通过表面的铜原子还原为银原子附着在铜颗粒表面形成一层保护壳，实验结果表明通过这种简单的置换法可以合成包覆效果良好的铜银核壳颗粒，它在制备过程中不需要其它惰性气体的保护，制备工艺简单，且合成的产物相对于铜颗粒具有更强的抗氧化性和更高的导电性，其含量为40％的油墨电阻率为17.97μΩ·cm，实现了导电性好，成本低的目标，是金属油墨的最佳选择。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 金属导电油墨

1．2．1 金属导电油墨的国内外研究进展

1．2．2 金属导电油墨的导电机理

1．2．3 金属导电油墨的发展趋势

1．3 金属导电油墨的制备

1．3．1 金属纳米颗粒的合成

1．3．2 金属导电油墨的配制和印刷

1．3．3 印刷图案的烧结

1．4 课题的研究内容与意义

1．4．1 课题的研究内容

1．4．2 课题的研究优点

第二章 纳米银粉的制备、表征及其导电性能的研究

2．1 引言

2．2 金属银颗粒的制备

2．2．1 实验仪器与药品

2．2．2 原料的选取

2．2．3 实验具体步骤

2．3 纳米银粉的表征及其讨论

2．3．1 产物的物相分析

2．3．2 产物的形貌分析

2．3．3 产物的紫外-可见吸收分析

2．3．4 产物的热重分析

2．4 银金属导电油墨的制备及其性能研究

2．4．1 银金属导电油墨的制备

2．4．2 银金属导电油墨的性能研究

2．5 本章小结

第三章 纳米铜粉的制备、表征及其导电性能的研究

3．1 引言

3．2 纳米铜粉的制备

3．2．1 实验仪器与药品

3．2．2 实验方法

3．3 产物的表征及其讨论

3．3．1 产物的物相分析

3．3．2 产物的形貌分析

3．3．3 产物的紫外-可见吸收分析

3．3．4 产物的热重分析

3．4 铜金属导电油墨的制备及其性能研究

3．4．1 铜金属导电油墨的制备

3．4．2 铜金属导电油墨的性能研究

3．5 本章小结

第四章 铜银核壳粉末的制备、表征及其导电性能的研究

4．1 引言

4．2 水合肼做还原剂制备铜银核壳粉末

4．2．1 实验具体步骤

4．2．2 产物的表征及其讨论

4．3 次亚磷酸钠做还原剂制备铜银核壳粉末

4．3．1 实验具体步骤

4．3．2 产物的表征及其讨论

4．4 铜银核壳粉末导电性能的研究

4．4．1 铜银金属导电油墨的制备

4．4．2 铜银金属导电油墨的性能研究

4．5 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢