三维分形银枝晶的可控制备及银浆应用研究

发布时间：2017-10-12 15:19

  本文关键词：三维分形银枝晶的可控制备及银浆应用研究

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【摘要】：近年来,随着纳米技术的深入发展,具有独特三维分形结构的微纳米贵金属材料越发受到学术界和工程应用领域的广泛关注。由于其具有独特的形貌特征、优良的化学特性、表面等离子体共振特性、抗菌性能和较好的生物相容性,有望被广泛应用于电子、化工、生物制药、医疗器械、日用品等行业。在当今信息化社会,分形银枝晶作为一种新颖的功能材料有望在电子信息、新型印刷显示等行业获得较大发展。以导电复合材料为例,目前商用的导电银浆的主要填料通常为零维球形银粉或二维片状银粉。采用球形银粉填料需要特别高的银含量才能达到导电渗流的效果,而二维片状银粉虽然相对容易获得较好的渗流效果,但在浆料分散和印刷过程中容易在剪切力或重力作用下发生平行的取向堆叠而产生各向异性的导电性,限制了其应用。导电浆料的性能优化的方法目前主要包括采取多种维度填料混合或者化学表面修饰的方法。但从渗流理论的角度考虑,开发一种新型的三维微米填料,利用三维层次结构的优势,用较少的银含量就可以形成高效的三维渗流网络,从而获得最佳的导电银浆三维渗流效果,具有广泛的应用前景。本项研究开展之前,微米分形银枝晶在电子印刷技术研究方面的研究几乎为零,在电子印刷及封装产业也未有应用,其原因大致分为两方面:(1)目前尚未有报道大批量制备三维银枝晶的有效办法,从而获得尺寸适合、形貌统一的银枝晶材料作为导电浆料的填料;(2)人们缺乏对银枝晶的生长受动力学的认识,对分形银枝晶的形貌的精确控制还存在较大困难。本文采用羟胺作为还原剂和晶面控制剂,在室温下对硝酸银进行的溶液相还原,并采用微通道连续进样精确调控合成的条件,开展对分形银枝晶的可控批量合成研究。结合密度泛函理论系统研究羟胺在银晶面的吸附作用,深入分析分形银枝晶的生长机理。并对银枝晶独特的等离子体共振效应进行研究。根据分形银枝晶的低温烧结特性将分形银枝晶作为导电填料应用于导电浆料中,并通过实验测试、经典渗流理论计算和蒙特卡洛模拟对导电浆料的渗流性能和渗流机理机型研究,开发超低渗流阈值的导电银浆。为了验证实验制备的分形银枝晶导电银浆的实用性,将此种导电银浆应用于激光刻蚀工艺中,制作高分辨导电线路,应用为柔性触摸屏引线边框,超过目前商用激光刻蚀图形化精度水平和丝网印刷精度水平。导电浆料的可靠性测试(包括弯曲测试、粘附力测试、85oC/RH可靠性测试等)证明了分形银枝晶导电银浆具有足够的可靠性。采用有限元分析方法研究了激光和分形银枝晶之间的能量传递过程。
【关键词】：微米分形银枝晶 低温烧结 导电银浆 渗流阈值 激光蚀刻
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O614.122;TB34
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-15
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 三维分形金属枝晶的合成方法概况10-11
• 1.3 导电浆料的研究11-12
• 1.4 丝网印刷和激光刻蚀研究概况12-13
• 1.5 本论文的研究内容13-15
• 第2章 实验方法15-18
• 2.1 主要实验药品和仪器15-16
• 2.1.1 化学药品15
• 2.1.2 仪器15-16
• 2.2 表征技术16-18
• 2.2.1 扫描电子显微镜16
• 2.2.2 透射电子显微镜16
• 2.2.3 X射线衍射仪16
• 2.2.4 X射线光电子能谱仪16
• 2.2.5 拉曼光谱仪16
• 2.2.6 紫外分光光度计16-17
• 2.2.7 热重分析仪17
• 2.2.8 全自动气体吸附仪17
• 2.2.9 三维数字视频显微镜17-18
• 第3章 单分散微米三维枝晶的制备和研究18-46
• 3.1 引言18-19
• 3.2 单分散微米三维枝晶的制备19-20
• 3.3 实验表征20-31
• 3.3.1 反应条件对三维微米银枝晶形貌与结构的影响20-22
• 3.3.2 三维微米银枝晶的可控批量合成22-25
• 3.3.3 三维微米分形金枝晶的可控批量合成25-26
• 3.3.4 三维微米分形银枝晶结构和晶体学特性分析26-31
• 3.4 三维微米分形银枝晶生长机理研究31-38
• 3.5 三维微米分形银枝晶烧结机制研究38-45
• 3.6 小结45-46
• 第4章 基于分形银枝晶的导电浆料制备及性能研究46-63
• 4.1 引言46-47
• 4.2 导电浆料的制备47-49
• 4.3 导电浆料性能测试49-54
• 4.4 导电浆料渗流机制分析54-61
• 4.4.1 基于渗流理论的渗流曲线计算和拟合54-56
• 4.4.2 采用蒙特卡洛方法对枝晶导电银浆渗流阈值的模拟与计算56-61
• 4.5 小结61-63
• 第5章 分形银枝晶导电银浆在激光刻蚀引线方面的应用研究63-72
• 5.1 引言63
• 5.2 基于分形银枝晶导电银浆的激光刻蚀引线设计及性能测试63-69
• 5.3 低功率激光刻蚀银浆的机理分析69-70
• 5.4 小结70-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果80

【参考文献】

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1 苏中淮;陶国良;吴海平;陶宇;;银纳米线-聚对苯二甲酸乙二醇酯透明导电胶膜[J];复合材料学报;2013年05期

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本文编号：1019433