Медьотличается от таких металлов, как алюминий и никель, тем, что на его поверхности трудно сформировать плотный и стабильный собственный пассивирующий слой. Следовательно, открытая медная поверхность будет постоянно окисляться и подвергаться коррозии под действием кислорода и водяного пара в воздухе. Чем меньше размер частиц и больше удельная поверхность медного порошка, тем легче он быстро окисляется с образованием таких продуктов, как оксид меди (Cu2O) иоксид меди (CuO). Этот оксидный изоляционный слой значительно снижает проводимость медного порошка и препятствует спеканию частиц, что приводит к ухудшению характеристик проводящей пасты. Если медный порошок не защищен, он будет сильно окислен и не сможет сформировать хорошую металлическую проводящую сеть, особенно во время процесса спекания переднего электрода фотоэлектрических элементов (часто требующего высоких температур, превышающих 500 ℃). Кроме того, в условиях высокой температуры и высокой влажности рост оксидного слоя также может привести к ухудшению проводимости с течением времени, что влияет на срок службы устройства. Следовательно, ингибирование поверхностного окисления медного порошка имеет решающее значение для поддержания его проводимости, спекающей активности и долгосрочной стабильности.
Исследователи и инженеры разработали различные методы антиоксидантной обработки поверхности, чтобы решить проблему склонности медного порошка к окислению. Создание физического или химического защитного слоя на поверхности медного порошка может блокировать контакт кислорода или пассивировать активные центры, тем самым замедляя или даже предотвращая возникновение окисления. Основные методы включают защиту органического покрытия, неорганическое покрытие, модификацию самопассивационного легирования и пассивационную обработку для уменьшения поверхности. В следующем тексте отдельно представлена пассивационная обработка для уменьшения поверхности.
Уменьшение поверхности и активационная пассивационная обработка
Химическая восстановительная обработка: восстановление поверхности может быть выполнено после приготовления медного порошка или перед использованием, чтобы удалить образовавшийся оксидный слой и немедленно пассивировать поверхность. Обычно используемый метод заключается в добавлении мягких восстановителей, таких как органические кислоты (муравьиная кислота, лимонная кислота), гидразин, фосфористая кислота и т. д., в суспензию медного порошка для обработки вымачиванием. Например, добавьте порошок наномеди в 0,1–2% раствор органической кислоты (например, лимонной кислоты), чтобы довести pH до 1–5, перемешайте и выдержите, затем можно растворить и удалить поверхностный оксид меди, а затем отфильтровать и высушить. Этот шаг может значительно снизить содержание кислорода в порошке. Однако открытые свежие поверхности склонны к повторному окислению и требуют немедленной пассивационной защиты. Для этого можно сформировать «двухстадийный метод восстановительной пассивации», сочетая восстановительную обработку с ингибиторами коррозии: сначала удаляют оксидный слой восстановителем, а затем сразу занимают активные центры поверхности органическими молекулами. Чжэн Наньфэн и др. сообщил об инновационном методе: гидротермальной обработке меди с использованием формиата в качестве поверхностно-координирующего агента. Формиат не только действует как восстановитель для удаления поверхностных оксидов, но и восстанавливает поверхность меди (110) в координированном виде, образуя координационный пассивационный слой со сверхструктурой c (6×2). Этот слой состоит из координационного димера формиата меди и O ² ⁻, который может эффективно блокировать коррозионные частицы, такие как O ₂ и Cl ⁻, от проникновения во внутренний металл меди. На этой основе для дальнейшей модификации было введено небольшое количество молекул алкилтиола, заполнивших поверхностные дефекты, не полностью закрытые координационным слоем, и антиоксидантные характеристики поверхности меди были улучшены на три порядка. Этот метод химической модификации поверхности «формиат+тиол» можно реализовать при комнатной температуре, придавая медному порошку сверхсильную антиоксидантную способность, практически не снижая его проводимость и теплопроводность. В настоящее время медный порошок, модифицированный на основе этой технологии, успешно используется в экспериментах по приготовлению антиоксидантной медной пасты на килограммовом уровне и может применяться в таких областях, как печатные проводящие линии и электромагнитное экранирование. Это достижение указывает на то, что благодаря изобретательному проектированию поверхностных лигандов для обеспечения защиты от восстановления можно разработать новую стратегию замены меди меди.
Защитная атмосфера и плазменная обработка. Помимо химических методов, для активации поверхности и защиты медного порошка применяют и физические средства. Например, использование восстановительной атмосферы (например, азота, содержащего 5% водорода, паров муравьиной кислоты и т. д.) в процессе спекания медной пасты может предотвратить высокотемпературное окисление меди и способствовать удалению остаточных оксидных пленок. Также ведется исследование использования плазмы для обработки поверхности медного порошка, мгновенного восстановления/очистки поверхности и нанесения слоя пассивирующего материала под плазмой инертного газа. Кроме того, так называемая технология самозащитного спекания подразумевает добавление в медную пасту некоторых добавок, которые разлагаются на восстановительные газы или образуют защитные остатки при нагревании во время спекания. Например, органические амины, алкоксиды и т. д. могут разлагаться на аммиак и альдегиды при высоких температурах, что может локально создавать среду микровосстановления для защиты частиц меди и полного спекания соединений. Идея этого метода заключается во включении в состав суспензии «антиоксиданта» для предотвращения окисления меди на критической стадии спекания.
Перспективы применения медного порошка в проводящих пастах и электронных упаковках широки, но окисление было основным препятствием между лабораторными достижениями и реальными продуктами. Недавние исследования показали, что различные стратегии, такие как органическое покрытие, неорганическое покрытие, самопассивирующее легирование и пассивация с уменьшением поверхности, могут значительно улучшить антиоксидантные свойства медного порошка, позволяя ему поддерживать отличную проводимость в широком технологическом окне. Различные методы имеют свои преимущества и недостатки, и их необходимо выбирать или комбинировать для конкретных приложений.
SAT NANO – лучший поставщикмедный порошокВ Китае мы можем предложить нанопорошки и микронные порошки. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу sales03@satnano.com.
