Měďse liší od kovů jako je hliník a nikl v tom, že je obtížné vytvořit na jeho povrchu hustou a stabilní vnitřní pasivační vrstvu. Proto bude vystavený měděný povrch nepřetržitě oxidován a korodován kyslíkem a vodní párou ve vzduchu. Čím menší je velikost částic a větší měrný povrch měděného prášku, tím snazší je rychle oxidovat na produkty, jako je oxid měďný (Cu2O) aoxid měďnatý (CuO). Tato oxidová izolační vrstva výrazně snižuje vodivost měděného prášku a brání slinování částic, což má za následek zhoršení výkonu vodivé pasty. Zejména během procesu slinování přední elektrody fotovoltaických článků (často vyžadujících vysoké teploty přesahující 500 ℃), pokud není měděný prášek chráněn, bude silně oxidován a nebude schopen vytvořit dobrou kovovou vodivou síť. Navíc v prostředí s vysokou teplotou a vysokou vlhkostí může růst oxidové vrstvy také způsobit, že se vodivost časem zhorší, což má vliv na životnost zařízení. Proto je inhibice povrchové oxidace měděného prášku zásadní pro udržení jeho vodivosti, slinovací aktivity a dlouhodobé stability.
Výzkumníci a inženýři vyvinuli různé techniky povrchové antioxidační úpravy, aby řešili problém měděného prášku, který je náchylný k oxidaci. Vytvoření fyzické nebo chemické ochranné vrstvy na povrchu měděného prášku může blokovat kontakt s kyslíkem nebo pasivovat aktivní místa, čímž se zpomalí nebo dokonce zabrání oxidaci. Mezi hlavní metody patří ochrana organických povlaků, anorganické povlaky, samopasivační legovací modifikace a pasivační úprava redukce povrchu. Následující text uvádí samostatně pasivační úpravu redukce povrchu.
Povrchová redukce a aktivační pasivační úprava
Chemická redukční úprava: Povrchovou redukci lze provést po přípravě měděného prášku nebo před použitím k odstranění vytvořené oxidové vrstvy a okamžité pasivaci povrchu. Běžně používanou metodou je přidání mírných redukčních činidel, jako jsou organické kyseliny (kyselina mravenčí, kyselina citrónová), hydrazin, kyselina fosforitá atd. do suspenze měděného prášku pro úpravu namáčením. Například přidejte prášek nano mědi do 0,1% – 2% roztoku organické kyseliny (jako je kyselina citrónová), aby se pH upravilo na 1 – 5, zamíchejte a nechte stát, poté lze povrchový oxid mědi rozpustit a odstranit a poté přefiltrovat a vysušit. Tento krok může výrazně snížit obsah kyslíku v prášku. Exponované čerstvé povrchy jsou však náchylné k opětovné oxidaci a vyžadují okamžitou pasivační ochranu. K tomu může být vytvořena "redukční pasivační dvoustupňová metoda" kombinací redukčního ošetření s inhibitory koroze: nejprve se odstraní oxidová vrstva redukčním činidlem a poté se okamžitě obsadí povrchově aktivní místa organickými molekulami. Zheng Nanfeng a kol. oznámila inovativní metodu: hydrotermální úpravu mědi za použití mravenčanu jako činidla pro koordinaci povrchu. Formiát působí nejen jako redukční činidlo pro odstranění povrchových oxidů, ale také rekonstruuje povrch mědi (110) v koordinované formě a tvoří koordinační pasivační vrstvu s nadstavbou c (6 × 2). Tato vrstva se skládá z koordinačního dimeru mravenčanu měďnatého a O2⁻, které mohou účinně blokovat korozivní částice, jako je O2 a Cl⁻, ve vstupu do vnitřního kovu mědi. Na tomto základě bylo pro další modifikaci zavedeno malé množství molekul alkylthiolu, které vyplňovaly povrchové defekty, které nebyly zcela pokryty koordinační vrstvou, a antioxidační výkon měděného povrchu se zlepšil o tři řády. Tato metoda chemické modifikace povrchu "formiát+thiol" může být implementována při pokojové teplotě, přičemž měděnému prášku dodává super silnou antioxidační kapacitu, přičemž téměř nesnižuje jeho vodivost a tepelnou vodivost. V současné době se měděný prášek upravený na základě této technologie úspěšně používá při experimentech přípravy antioxidační měděné pasty na kilogramové úrovni a lze jej použít v oblastech, jako jsou tištěné vodivé linky a elektromagnetické stínění. Tento úspěch naznačuje, že důmyslným navržením povrchových ligandů pro dosažení redukční ochrany lze poskytnout novou strategii pro měď, která nahradí stříbro.
Ochranná atmosféra a plazmová úprava: K povrchové aktivaci a ochraně měděného prášku se kromě chemických metod používají i fyzikální prostředky. Například použití redukční atmosféry (jako je dusík obsahující 5 % vodíku, páry kyseliny mravenčí atd.) během procesu slinování měděné pasty může zabránit vysokoteplotní oxidaci mědi a napomoci odstranění zbytkových oxidových filmů. Existuje také výzkum použití plazmy k ošetření povrchu měděného prášku, okamžité snížení/čištění povrchu a uložení vrstvy pasivačního materiálu pod plazmu inertního plynu. Technologie tzv. samoochranného slinování navíc označuje přidávání některých přísad do měděné pasty, které se při zahřívání při slinování rozkládají na redukční plyny nebo tvoří ochranné zbytky. Například organické aminy, alkoxidy atd. se mohou při vysokých teplotách rozkládat na amoniak a aldehydy, které mohou lokálně vytvářet mikroredukční prostředí pro ochranu částic mědi a kompletní slinovací spoje. Myšlenkou tohoto způsobu je začlenění "antioxidantu" do suspenzní směsi, aby se zabránilo oxidaci mědi během kritické fáze slinování.
Vyhlídky použití měděného prášku ve vodivých pastách a elektronických obalech jsou široké, ale oxidace byla hlavní překážkou mezi laboratorními výsledky a skutečnými produkty. Nedávné studie ukázaly, že různé strategie, jako je organický povlak, anorganický povlak, samopasivační legování a pasivace se zmenšením povrchu, mohou významně zlepšit antioxidační vlastnosti měděného prášku, což mu umožňuje udržovat vynikající vodivost v širokém procesním okně. Různé metody mají své výhody a nevýhody a je třeba je vybrat nebo kombinovat pro konkrétní aplikace.
SAT NANO je nejlepším dodavatelemměděný prášekv Číně můžeme nabídnout nanoprášek a mikronový prášek, pokud máte jakýkoli dotaz, neváhejte nás kontaktovat na adrese sales03@satnano.com
