Kobberer forskellig fra metaller som aluminium og nikkel ved, at det er vanskeligt at danne et tæt og stabilt indre passiveringslag på overfladen. Derfor vil den blottede kobberoverflade løbende blive oxideret og korroderet af ilt og vanddamp i luften. Jo mindre partikelstørrelsen er og større det specifikke overfladeareal af kobberpulver, jo lettere er det hurtigt at oxidere for at producere produkter som kobber(II)oxid (Cu2O) ogkobberoxid (CuO). Dette oxidisoleringslag reducerer kobberpulverets ledningsevne betydeligt og forhindrer partikelsintringsforbindelse, hvilket resulterer i forringelse af den ledende pastas ydeevne. Især under sintringsprocessen af den forreste elektrode af fotovoltaiske celler (som ofte kræver høje temperaturer på over 500 ℃), hvis kobberpulver ikke er beskyttet, vil det blive alvorligt oxideret og ude af stand til at danne et godt ledende metalnetværk. Derudover kan væksten af oxidlaget i miljøer med høj temperatur og høj luftfugtighed også forårsage, at ledningsevnen forringes over tid, hvilket påvirker enhedens levetid. Derfor er inhibering af overfladeoxidation af kobberpulver afgørende for at bevare dets ledningsevne, sintringsaktivitet og langsigtede stabilitet.
Forskere og ingeniører har udviklet forskellige overfladeantioxidantbehandlingsteknikker for at løse problemet med, at kobberpulver er tilbøjelige til oxidation. Konstruktion af et fysisk eller kemisk beskyttende lag på overfladen af kobberpulver kan blokere iltkontakt eller passivere aktive steder og derved bremse eller endda forhindre oxidation i at forekomme. De vigtigste metoder omfatter organisk belægningsbeskyttelse, uorganisk belægning, selvpassiveringslegeringsmodifikation og overfladereduktionspassiveringsbehandling. Den følgende tekst introducerer overfladereduktionspassiveringsbehandling separat.
Overfladereduktion og aktiveringspassiveringsbehandling
Kemisk reduktionsbehandling: Overfladereduktion kan udføres efter fremstilling af kobberpulver eller før brug for at fjerne det dannede oxidlag og passivere overfladen med det samme. Den almindeligt anvendte metode er at tilsætte milde reduktionsmidler såsom organiske syrer (myresyre, citronsyre), hydrazin, phosphorsyre osv. til kobberpulversuspension til iblødsætningsbehandling. Tilsæt f.eks. nanokobberpulver i 0,1 % – 2 % organisk syre (såsom citronsyre) opløsning for at justere pH 1 – 5, rør rundt og lad det stå, hvorefter overfladekobberoxidet kan opløses og fjernes og derefter filtreres og tørres. Dette trin kan reducere iltindholdet i pulveret betydeligt. Udsatte friske overflader er dog tilbøjelige til at genoxidere og kræver øjeblikkelig passiveringsbeskyttelse. Til dette kan der dannes en "reduktionspassivering to-trins metode" ved at kombinere reduktionsbehandling med korrosionsinhibitorer: Fjern først oxidlaget med et reduktionsmiddel, og indtag derefter straks de overfladeaktive steder med organiske molekyler. Zheng Nanfeng et al. rapporterede en innovativ metode: hydrotermisk behandling af kobber ved hjælp af formiat som overfladekoordinerende middel. Formiat fungerer ikke kun som et reduktionsmiddel til at fjerne overfladeoxider, men rekonstruerer også kobberoverfladen (110) i en koordineret form og danner et koordinationspassiveringslag med en c (6 × 2) overbygning. Dette lag er sammensat af kobberformiat-koordinationsdimer og O ² ⁻, som effektivt kan blokere ætsende partikler såsom O 2 og Cl ⁻ i at trænge ind i det indre kobbermetal. På dette grundlag blev en lille mængde alkylthiolmolekyler introduceret til yderligere modifikation, hvilket udfyldte de overfladedefekter, der ikke var fuldstændigt dækket af koordinationslaget, og kobberoverfladens antioxidantydelse blev forbedret med tre størrelsesordener. Denne "formiat+thiol" overfladekemiske modifikationsmetode kan implementeres ved stuetemperatur, hvilket giver kobberpulver en superstærk antioxidantkapacitet, mens den næsten ikke reducerer dets ledningsevne og termiske ledningsevne. På nuværende tidspunkt er kobberpulver modificeret baseret på denne teknologi med succes blevet brugt i kilogram-niveau forberedelseseksperimenter med antioxidant kobberpasta og kan anvendes inden for områder som trykte ledende linjer og elektromagnetisk afskærmning. Denne præstation indikerer, at ved genialt at designe overfladeligander for at opnå reduktionsbeskyttelse, kan der tilvejebringes en ny strategi for kobber til at erstatte sølv.
Beskyttende atmosfære og plasmabehandling: Udover kemiske metoder anvendes også fysiske midler til overfladeaktivering og beskyttelse af kobberpulver. For eksempel kan brug af en reducerende atmosfære (såsom nitrogen indeholdende 5 % hydrogen, myresyredamp osv.) under sintringsprocessen af kobberpasta forhindre højtemperaturoxidation af kobber og hjælpe med at fjerne resterende oxidfilm. Der er også en udforskning af at bruge plasma til at behandle overfladen af kobberpulver, øjeblikkeligt reducere/rense overfladen og afsætte et lag passiveringsmateriale under inert gasplasma. Derudover refererer den såkaldte selvbeskyttelsessintringsteknologi til at tilføje nogle additiver til kobberpastaen, som nedbrydes til reducerende gasser eller danner beskyttende rester, når de opvarmes under sintringen. For eksempel kan organiske aminer, alkoxider osv. nedbrydes til ammoniak og aldehyder ved høje temperaturer, hvilket lokalt kan skabe et mikroreduktionsmiljø for at beskytte kobberpartikler og komplette sintringsforbindelser. Ideen med denne metode er at inkorporere en "antioxidant" i gylleformuleringen for at forhindre kobber i at blive oxideret under det kritiske sintringstrin.
Anvendelsesmulighederne for kobberpulver i ledende pastaer og elektronisk emballage er brede, men oxidation har været den største hindring mellem laboratorieresultater og faktiske produkter. Nylige undersøgelser har vist, at forskellige strategier såsom organisk belægning, uorganisk belægning, selvpassiveringslegering og passivering af overfladereduktion betydeligt kan forbedre kobberpulverets antioxidantegenskaber, hvilket gør det muligt at opretholde fremragende ledningsevne inden for et bredt procesvindue. Forskellige metoder har deres egne fordele og ulemper og skal vælges eller kombineres til specifikke anvendelser.
SAT NANO er den bedste leverandør afkobberpulveri Kina kan vi tilbyde nanopowder og micron pulver, hvis du har nogen forespørgsel, er du velkommen til at kontakte os på sales03@satnano.com
