淺談水基石墨烯-銅復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備及性能分析

劉振禹，陳韶華

（山東華冠智能卡有限公司，山東 濟南 271100）

0 引言

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，一種銅的金屬資源比金更加具有良好的導(dǎo)電性能，本文研究了以銅復(fù)合導(dǎo)電漿料的工藝，首先介紹了它的背景技術(shù)，是一種抗氧化銅導(dǎo)體漿料的制備的方法，并驗證了該方法的有效性，比起金屬來說更具有導(dǎo)電性能。制備出附著力高，導(dǎo)電性能好的銅金屬電漿過程。

1 水基石墨烯

1.1 什么是石墨烯

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、電子、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。事實上石墨烯本來就存在于自然界中，它是一種難以利用的單層結(jié)構(gòu)。一毫米厚的石墨大約包含著300萬層石墨烯。在加上人們的合理開發(fā)和利用，制備石墨烯的方法層出不窮。在此基礎(chǔ)上，石墨烯在開發(fā)上，釋放出來的6～14um的紅外光波，與人體的生命光波接近一致，能夠有效地激活身體細(xì)胞核算，蛋白質(zhì)等生物分子，改善血液的循環(huán)[1]，如圖1。

圖1 石墨烯與人體的相對強度

1.2 石墨烯的特點

它的特點層出不窮，比如擁有高機械強度，石墨烯的厚度為0.335nm，楊氏模量可以高達(dá)1TPa，斷裂強度可以達(dá)到130GPa；再者具有高導(dǎo)電性，石墨烯電阻率僅10～6Ω·cm，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s；還有就是擁有高導(dǎo)熱性，單層的石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到5300W/m·K，為銅的14倍，還高于碳納米管和金剛石等等。另外，他的表面積理論值有2630m2/g，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性[2]。

2 銅導(dǎo)體漿料的制備方法與性能分析

2.1 背景技術(shù)

銅導(dǎo)體漿料通過絲網(wǎng)的印刷方式，可以燒成等工序在基片上只做很多的工藝，比如使導(dǎo)線相互連接、導(dǎo)體、電容、電感等等，他可以制備出一些具有一定功能的電路單元，這都是人們使用的基礎(chǔ)物質(zhì)。導(dǎo)體漿料都是發(fā)展某些電子儀表，精密配件的基礎(chǔ)設(shè)施，在人們的生活中是必不可少的。比如說集成電路的固定芯片，精密儀表按鍵等等都離不開它。也可以制作成片式原件和印刷設(shè)備的關(guān)鍵性材料。以金屬銅發(fā)展電子漿料是為我國信息技術(shù)往往都是發(fā)展的一個重要因素，對我國電子技術(shù)的存在和發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義，推動經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展[3]。

在制備漿料的過程中，導(dǎo)電的金屬粉末是重中之重，也是制備的關(guān)鍵問題，沒有優(yōu)良的金屬粉末就沒有合適他的電子漿料。他們兩個往往都會相互結(jié)合相互制約的，如圖2。對于導(dǎo)體漿料而言，他們的存在方式大多以金屬為主，比如說鉑金，銀等，相對來說他們的價值高，利用率廣泛。

圖2 導(dǎo)電漿料的傳統(tǒng)工藝

2.2 銅導(dǎo)體漿料的制備方法

導(dǎo)電銅漿料的研究成分主要是抗氧化性研究，要知道許多的金屬物質(zhì)都具有氧化還原反應(yīng)，在氧化的作用下逐漸失去其作用，從而影響金屬物質(zhì)的使用率。再者就是研究導(dǎo)電性能的廣泛應(yīng)用，針對抗氧化性能的研究方面，目前有一種就是在同粉表面上包裹上一層金屬保護物質(zhì)或者是還原劑，有還原劑的存在使銅不易受到氧化還原反應(yīng)。但是這種方法使工藝變得極其復(fù)雜，所用的成本較高，還不利于環(huán)境的保護問題。但經(jīng)過科學(xué)的不斷研究，分別進行了多種材料的有機結(jié)合。通過結(jié)合的方法，順利的將銅作為準(zhǔn)確的運用材料。他們分別是調(diào)整粘結(jié)劑、金屬導(dǎo)體、金屬導(dǎo)電填料的百分比例。金屬導(dǎo)電材料占總體的百分之六十五，粘結(jié)劑占百分之十二，有機的化學(xué)載體占八分之八。粘結(jié)劑均為樹脂的一種或兩種，他們具有良好的保護銅金屬的功能，具有一定的粘稠力度。所述的有機結(jié)合體主要包括固化劑、促進劑、硅烷偶聯(lián)劑、稀釋劑、消泡劑、表面活性劑等等，將他們所有的試劑進行有效的結(jié)合，形成一種有機的載體以及金屬導(dǎo)電混合材料，再將它們進行180～250攝氏度的低溫固化方法，他們所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，進行與銅基復(fù)合電漿料相互連接。將合金粉混合，得到復(fù)合導(dǎo)電填料，量取固化劑，并依此加入促進劑當(dāng)中，得到一種有機的載體。這樣制作出來的銅導(dǎo)電漿料制作成本低，還具有一定的導(dǎo)電穩(wěn)定性，他可以利用于多方面的領(lǐng)域，有著不可或缺的載體[4]。

該漿料的主要成分就是銅，他在里面起著一個導(dǎo)電的作用因素，銅粉的形狀類似于微米級球狀，他們的顆粒大小是制作銅漿的關(guān)鍵性問題，要想完全溶解于水基石墨烯，是一個難題。顆粒太小時，會導(dǎo)致銅粉粒子之間的接觸點數(shù)增長，所以接觸面積也會同時減少，影響其電阻增大。而且越細(xì)越容易被氧化，到達(dá)一定的程度，會影響它的效果，在進行印刷或者研究其他的領(lǐng)域中帶來不便。所以唯一的辦法就是進行燒結(jié)，燒結(jié)厚的產(chǎn)品特性具有一定的通透光亮，燒結(jié)后端頭的銅覆蓋率高，導(dǎo)電率高。

表1 漿料參數(shù)

它的工藝具體由以下幾種方法來制作，首先進行攪拌，使用前低速滾磨二十四小時或手工三維攪拌10分鐘以上，才進行涂端，適合于厚硅膠板，進行涂端模式；然后在進行清洗，在這個過程中使用無水乙醇或松節(jié)油，能夠有效地防止產(chǎn)品導(dǎo)致粗糙性，再進行干燥的處理，溫度在15-25攝氏度之間，儲存三個月；而后進行包裝，這樣的方法才能有效的利用產(chǎn)品，達(dá)到最具效果的產(chǎn)品實用性。

2.3 銅導(dǎo)體漿料的性能

銅在所有的有色金屬里面，導(dǎo)電的能力排行是第二名，通常我們在制作電線電纜的領(lǐng)域當(dāng)中銅在所有金屬中所占比例最高。它們的選材銅含量都不能低于99.95%。在加上石墨烯的導(dǎo)電性能，結(jié)合銅來說，是最具有金屬導(dǎo)電的性能之一的漿料。無氧銅的導(dǎo)電率非常之高，再加上加工性能耐腐蝕和耐低溫性能均好。相比于其他的材料，銅導(dǎo)體漿料的體積電阻率與銀及其相近，但是他的價格是銀的十二分之一，價格低廉，是制備到電漿料的理想材料，導(dǎo)電銅漿具有優(yōu)異的性能。在現(xiàn)代社會的發(fā)展中，無疑對電子工業(yè)、導(dǎo)電涂料、電線電纜、催化劑、潤滑油添加劑等諸多領(lǐng)域方面進行使用，存在著極高的價值，并得到廣泛的應(yīng)用[5]。

2.4 導(dǎo)電銅漿的表面工藝

銅導(dǎo)體漿料優(yōu)選納米技術(shù)的銅，通過這種技術(shù)，作為導(dǎo)電填料，它具有異常的物理化學(xué)性能，容易形成一種網(wǎng)格狀的形式。目前通過用高溫進行銅電子漿料主要還是解決他的表面氧化問題。在這一問題上形成了多種物質(zhì)的探討，比如進行鍍銀工藝，一層萬全覆蓋于銅表面的，光滑的，均勻的眼膜?，F(xiàn)在有許多的企業(yè)都會利用這種形式來解決問題，研究表明，在銅的表面上附上一層銀狀粉末，能夠有效地產(chǎn)生抗氧化性，提高了銅的氧化還原的能力，保持了銅粉的優(yōu)良導(dǎo)電性。再者就是表面進行磷化處理，有機的磷化處理作為金屬緩蝕劑，是近幾十年發(fā)展起來的，在世界許多國家中研究比較深入。表面磷化的實質(zhì)就是將金屬至于特定的磷酸鹽中，在一定的工藝條件下，使表面生成一種不溶性磷酸保護膜。在處理完成后，經(jīng)試驗表明，在處理表面的磷化物可以提高膜的耐腐蝕性能。磷化是一種能與化學(xué)反應(yīng)行程的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過程，采用磷化的方法使銅的氧化性和穩(wěn)定性得到一致的保持[6]。

3 結(jié)語

水基石墨烯-銅復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備還有諸多領(lǐng)域待我們?nèi)フJ(rèn)真的刻苦鉆研，這就需要不斷地培養(yǎng)高素質(zhì)人才，通過不同種實驗來進行驗證得出結(jié)論。再者，地球能開發(fā)的資源越來越少，這也需要我們每個人都要進行合理的維護及利用資源，做更加有意義的研發(fā)實驗，得到廣泛的利用，體現(xiàn)本身的價值。