基本信息
- 项目名称：
- 原位烧结制备纳米银功能化石墨烯/环氧导电胶及其性能
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 导电胶作为传统电子封装用连接材料（Sn-Pb焊料）的替代品，由于其环境友好（无铅和无焊剂清洗剂）、工艺简单、固化温度低等优点，更能满足当前电子产品小型化、轻型化的要求。本研究针对目前导电胶的导电性，导热性和可靠性等急需解决的问题，创新性地提出原位低温烧结法，并将片层结构完整的石墨烯引入到纳米银-环氧导电复合材料中制备了高性能纳米银功能化石墨烯/环氧导电胶。
- 详细介绍：
- 本研究在查阅大量国内外文献及前期工作的基础上，针对目前导电胶的导电率、可靠性和粘结强度较低的三大急需解决的问题, 以及目前制备纳米银等缺点，采用原位烧结法，并同步实现纳米银的低温烧结，以降低导电粒子间的接触电阻，提高导电胶的导电性。将片层结构完整的石墨烯引入到纳米银/环氧导电复合材料中, 充分发挥石墨烯纳米片层的结构优势, 加强导电网络，提高导热性能，制备高导电性的纳米导电胶，同时实现对导电胶基体树脂的补强。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本研究首先从纳米银的制备出发，克服目前制备纳米银存在的缺点，采用原位低温烧结法, 并同步实现纳米银的低温烧结。从天然石墨出发，制备片层结构完整的石墨烯，加入到导电胶中，利用原位低温烧结法来制备纳米银功能化石墨烯/环氧纳米复合材料，提高导电胶的导电性能和机械性能。
科学性、先进性
- 通过查阅国内外大量的文献和前期工作证明，原位低温烧结纳米银是一项创新性地研究工作，也是可行的。 石墨烯悬浮液制备也是一项具有创新性的研究工作。有研究报道，浓度为0.01mg/ml天然石墨可以以纳米单片层状分散在有机溶剂N-甲基吡咯烷酮中，这主要是由于溶剂的表面能与石墨烯的表面能相当的缘故
获奖情况及鉴定结果
- 华南理工大学百步梯优秀论文
作品所处阶段
- 在银粉低达76%时电阻率可达5.0～7.0×10-5欧姆厘米，且接触电阻稳定，并具有一定的粘结强度。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- PPT展示，实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目制备的高导电率及接触电阻稳定的导电胶可作为电子封装材料应用于电子工业行业，可用于微电子装配，替代锡铅焊料的点焊，也可用于电池接线柱和接头结构胶粘剂等。 成果去向：作为电子封装材料广泛应用到电子工业行业 使用范围： （1）导电胶粘剂用于微电子装配。 （2）导电胶粘剂用于取代焊接温度超过焊接形成的氧化膜的耐受能力的点焊。导电胶粘剂作为锡铅焊料的替代品，其主要应用范围有：电话和移动通信系统；广播、电视、计算机等行业；汽车工业；医用设备；解决电磁兼容(EMC)等方面。 （3）导电胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接。导电胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接。 （4）导电胶粘剂能形成足够强度的接头，因此，可以用作结构胶粘剂。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外科研工作者主要从以下方法提高导电胶导电性： （1）增加聚合物基体的收缩，降低接触电阻 一般认为，聚合物在固化过程中的收缩可使得导电颗粒在聚合物基体中紧密接触，形成了良好的导电渗流网络，导电率增加。随着交联密度的增加，聚合物基体的收缩率也增加，导电胶的电阻率显著降低。可见，控制固化工艺条件，增加聚合物基粘合剂的固化收缩率能够有效提高导电性。 （2）原位取代银片表面的润滑剂 银片表面通常带有一层有机润滑剂，如硬脂酸等，它有利于银片在聚合物基体中的分散；然而另一方面，也增大了接触电阻，影响了导电率。有报道，通过添加少量的二元短链羧酸，利用羧基与银片有强烈的吸附性取代长链脂肪酸，降低接触电阻，电阻率由7×10-4Ohm•cm降低到5×10-4Ohm•cm，有效提高了导电性。 （3）还原剂的加入 目前，银片是最广泛采用的导电胶填料，这主要是由于氧化银比其他金属氧化物具有很高的导电性。然而，氧化银物的导电性还是要劣于银金属本身的，为此，有报道将醛加入到导电胶配方中，利用醛和氧化银之间在固化过程中发生氧化-还原反应，且醛的氧化产物羧酸与硬脂酸相比，有更强的酸性，更短的分子链，能够部分取代或者移除银片表面的硬脂酸，有效提高导电性。添加1wt%的水杨醛或肉桂醛后电阻率可从9×10-5•cm分别下降到6×10-5•cm和6.5×10-5•cm，降幅分别达到33%和27%。 （4）掺入纳米填料提高导电性 对于纳米金属粒子，由于其表面活性急剧增大，大大降低了熔点，可实现低温烧结。例如，金的熔点是1064℃，当其粒径在20nm以下时，纳米金的熔点仅为100℃左右；对于纳米银、纳米铜也具有相同的性质。而如果将纳米粒子烧结到一起，填料之间的接触点数目将大为减少，从而有效降低接触电阻，提高导电率。 最近研究表明，纳米银粒子（粒径20nm左右）在150℃或更低固化温度下能够表现出低温烧结行为。添加80wt%银粉（片状和纳米的混合物）到导电胶中，当片状和纳米的质量比为6：4时，导电胶的电阻率低达7×10-6•cm，低于Sn/Pb焊料的电阻率（10-5•cm），接近本体银的电阻率1.60×10-6•cm。
