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基本信息

項(xiàng)目名稱：
原位燒結(jié)制備納米銀功能化石墨烯/環(huán)氧導(dǎo)電膠及其性能
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
導(dǎo)電膠作為傳統(tǒng)電子封裝用連接材料（Sn-Pb焊料）的替代品，由于其環(huán)境友好（無(wú)鉛和無(wú)焊劑清洗劑）、工藝簡(jiǎn)單、固化溫度低等優(yōu)點(diǎn)，更能滿足當(dāng)前電子產(chǎn)品小型化、輕型化的要求。本研究針對(duì)目前導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性和可靠性等急需解決的問(wèn)題，創(chuàng)新性地提出原位低溫?zé)Y(jié)法，并將片層結(jié)構(gòu)完整的石墨烯引入到納米銀-環(huán)氧導(dǎo)電復(fù)合材料中制備了高性能納米銀功能化石墨烯/環(huán)氧導(dǎo)電膠。
詳細(xì)介紹：
本研究在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及前期工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前導(dǎo)電膠的導(dǎo)電率、可靠性和粘結(jié)強(qiáng)度較低的三大急需解決的問(wèn)題, 以及目前制備納米銀等缺點(diǎn)，采用原位燒結(jié)法，并同步實(shí)現(xiàn)納米銀的低溫?zé)Y(jié)，以降低導(dǎo)電粒子間的接觸電阻，提高導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性。將片層結(jié)構(gòu)完整的石墨烯引入到納米銀/環(huán)氧導(dǎo)電復(fù)合材料中, 充分發(fā)揮石墨烯納米片層的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì), 加強(qiáng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高導(dǎo)熱性能，制備高導(dǎo)電性的納米導(dǎo)電膠，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)電膠基體樹脂的補(bǔ)強(qiáng)。

作品圖片

  • 原位燒結(jié)制備納米銀功能化石墨烯/環(huán)氧導(dǎo)電膠及其性能

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本研究首先從納米銀的制備出發(fā)，克服目前制備納米銀存在的缺點(diǎn)，采用原位低溫?zé)Y(jié)法, 并同步實(shí)現(xiàn)納米銀的低溫?zé)Y(jié)。從天然石墨出發(fā)，制備片層結(jié)構(gòu)完整的石墨烯，加入到導(dǎo)電膠中，利用原位低溫?zé)Y(jié)法來(lái)制備納米銀功能化石墨烯/環(huán)氧納米復(fù)合材料，提高導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能。

科學(xué)性、先進(jìn)性

通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外大量的文獻(xiàn)和前期工作證明，原位低溫?zé)Y(jié)納米銀是一項(xiàng)創(chuàng)新性地研究工作，也是可行的。 石墨烯懸浮液制備也是一項(xiàng)具有創(chuàng)新性的研究工作。有研究報(bào)道，濃度為0.01mg/ml天然石墨可以以納米單片層狀分散在有機(jī)溶劑N-甲基吡咯烷酮中，這主要是由于溶劑的表面能與石墨烯的表面能相當(dāng)?shù)木壒?/dd>

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

華南理工大學(xué)百步梯優(yōu)秀論文

作品所處階段

在銀粉低達(dá)76%時(shí)電阻率可達(dá)5.0～7.0×10-5歐姆厘米，且接觸電阻穩(wěn)定，并具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

PPT展示，實(shí)物展示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本項(xiàng)目制備的高導(dǎo)電率及接觸電阻穩(wěn)定的導(dǎo)電膠可作為電子封裝材料應(yīng)用于電子工業(yè)行業(yè)，可用于微電子裝配，替代錫鉛焊料的點(diǎn)焊，也可用于電池接線柱和接頭結(jié)構(gòu)膠粘劑等。 成果去向：作為電子封裝材料廣泛應(yīng)用到電子工業(yè)行業(yè) 使用范圍： （1）導(dǎo)電膠粘劑用于微電子裝配。 （2）導(dǎo)電膠粘劑用于取代焊接溫度超過(guò)焊接形成的氧化膜的耐受能力的點(diǎn)焊。導(dǎo)電膠粘劑作為錫鉛焊料的替代品，其主要應(yīng)用范圍有：電話和移動(dòng)通信系統(tǒng)；廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè)；汽車工業(yè)；醫(yī)用設(shè)備；解決電磁兼容(EMC)等方面。 （3）導(dǎo)電膠粘劑的另一應(yīng)用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接。導(dǎo)電膠粘劑可取代焊藥和晶體因焊接溫度趨于沉積的焊接。 （4）導(dǎo)電膠粘劑能形成足夠強(qiáng)度的接頭，因此，可以用作結(jié)構(gòu)膠粘劑。

同類課題研究水平概述

目前國(guó)內(nèi)外科研工作者主要從以下方法提高導(dǎo)電膠導(dǎo)電性： （1）增加聚合物基體的收縮，降低接觸電阻 一般認(rèn)為，聚合物在固化過(guò)程中的收縮可使得導(dǎo)電顆粒在聚合物基體中緊密接觸，形成了良好的導(dǎo)電滲流網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電率增加。隨著交聯(lián)密度的增加，聚合物基體的收縮率也增加，導(dǎo)電膠的電阻率顯著降低?？梢?，控制固化工藝條件，增加聚合物基粘合劑的固化收縮率能夠有效提高導(dǎo)電性。 （2）原位取代銀片表面的潤(rùn)滑劑 銀片表面通常帶有一層有機(jī)潤(rùn)滑劑，如硬脂酸等，它有利于銀片在聚合物基體中的分散；然而另一方面，也增大了接觸電阻，影響了導(dǎo)電率。有報(bào)道，通過(guò)添加少量的二元短鏈羧酸，利用羧基與銀片有強(qiáng)烈的吸附性取代長(zhǎng)鏈脂肪酸，降低接觸電阻，電阻率由7×10-4Ohm?cm降低到5×10-4Ohm?cm，有效提高了導(dǎo)電性。 （3）還原劑的加入 目前，銀片是最廣泛采用的導(dǎo)電膠填料，這主要是由于氧化銀比其他金屬氧化物具有很高的導(dǎo)電性。然而，氧化銀物的導(dǎo)電性還是要劣于銀金屬本身的，為此，有報(bào)道將醛加入到導(dǎo)電膠配方中，利用醛和氧化銀之間在固化過(guò)程中發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，且醛的氧化產(chǎn)物羧酸與硬脂酸相比，有更強(qiáng)的酸性，更短的分子鏈，能夠部分取代或者移除銀片表面的硬脂酸，有效提高導(dǎo)電性。添加1wt%的水楊醛或肉桂醛后電阻率可從9×10-5??cm分別下降到6×10-5??cm和6.5×10-5??cm，降幅分別達(dá)到33%和27%。 （4）摻入納米填料提高導(dǎo)電性 對(duì)于納米金屬粒子，由于其表面活性急劇增大，大大降低了熔點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)。例如，金的熔點(diǎn)是1064℃，當(dāng)其粒徑在20nm以下時(shí)，納米金的熔點(diǎn)僅為100℃左右；對(duì)于納米銀、納米銅也具有相同的性質(zhì)。而如果將納米粒子燒結(jié)到一起，填料之間的接觸點(diǎn)數(shù)目將大為減少，從而有效降低接觸電阻，提高導(dǎo)電率。 最近研究表明，納米銀粒子（粒徑20nm左右）在150℃或更低固化溫度下能夠表現(xiàn)出低溫?zé)Y(jié)行為。添加80wt%銀粉（片狀和納米的混合物）到導(dǎo)電膠中，當(dāng)片狀和納米的質(zhì)量比為6：4時(shí)，導(dǎo)電膠的電阻率低達(dá)7×10-6?cm，低于Sn/Pb焊料的電阻率（10-5?cm），接近本體銀的電阻率1.60×10-6?cm。
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