Page 63 - 《精细化工》2020年第4期
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第 4 期                     梅   超，等:  水基石墨烯-铜复合导电浆料的制备及性能                                  ·697·


                 conductive network, thus improving the conductivity of the composite paste.
                 Key  words:  graphene;  water-based  carrier;  copper  composite  paste;  conductive  mechanism;  functional
                 materials


                                                     [1]
                 电子浆料是制造电子元器件的基础材料 ，作                          生成一层氧化膜会严重影响其导电性能                  [16-19] 。石墨
            为集冶金、化工、电子技术于一身的高技术电子功                             烯的电阻率很小，添加适量石墨烯作为导电增强相
            能材料，具有质量高、效益高、技术先进等特点，广                            有望提高铜浆料的导电性能             [20-21] 。
            泛应用于航空、化工、印刷、建筑以及军事等领域                     [2-4] 。     本文选用 5 和 15 μm 两种粒径的铜粉，将其混
            电子浆料一般由导电相、粘结相和有机载体组成，                             合作为主导电相，添加适量导电性优异的石墨烯为
            其中有机载体是重要的组成部分，是导电相和粘结                             导电增强相，选用 CMC 和 PEG+CMC 复合制备的
            相的运载体，主要用于控制浆料流变性、印刷性能                             两种水基载体替代常规的有机载体来制备铜复合浆
            和对基材的初始附着力           [5-7] 。在电子浆料的发展历程             料，分别研究两种水基载体含量对浆料导电性能的
            上主要集中使用有机载体来制备导电浆料，但随着                             影响，并分析了浆料的稳定性和致密性，最后建立
            电子技术日益朝着高集成化、微型化和绿色化方向                             其导电模型，探究水基石墨烯-铜复合导电浆料的导
            发展，作为核心材料的电子浆料的研发越来越受重                             电机理，确定最佳水基石墨烯-铜复合导电浆料的制
            视，且对其质量要求也越来越高               [8-9] 。使用有机载体         备工艺，为制备性能优良、绿色环保的新型水基浆
            制备的导电浆料已经很难满足市场环保需求，因此，                            料提供一种新思路和借鉴。
            亟需开发一种高性能、低成本、环保的新型导电浆料。
                 甘卫平等    [10] 选用有机羟酸作为有机载体中的添                  1    实验部分
            加剂，探究有机酸对浆料导电性能的影响，结果表
                                                               1.1   试剂与仪器
            明，添加有机酸，烧结膜孔洞率低，致密度高，形
                                                                   本文采用两种规格的铜粉，其平均粒径分别为
                                         [8]
            貌好且导电性能较好。屈银虎等 探究了松油醇-乙                            5 和 15 μm，山东西亚化学股份有限公司；石墨烯，
            基纤维素系列有机载体挥发性能及对石墨烯-铜复                             AR，南京先丰纳米材料科技有限公司；羧甲基纤维
            合浆料印刷性能和导电性能的影响。当有机载体质                             素钠（CMC）、聚乙二醇（PEG），均为 AR，天
            量分数为 20%时，制得的石墨烯-铜复合浆料具有适                          津市大茂化学试剂厂；消泡剂 GP-330，AR，江苏
            当的黏度和流动性，在丝网印刷过程中能够获得平                             四新界面剂科技有限公司；去离子水，自制。
            整的印刷结构，具有较低的电阻率。简晓燕等                      [11] 以       YM-020S 型超声波振荡器，深圳市方奥微电子
            环氧改性丙烯酸树脂等作为有机物，探讨有机载体                             有限公司；AL104 型电子天平，梅特勒-托利多仪器
            含量对银包铜导电胶微观组织和性能的影响。研究                             有限公司；HH-1 型恒温数显水浴加热锅，杭州恒仪
            发现，当有机载体含量为 30%时，印刷膜层图案平                           仪表科技有限公司；DZF-ZB 型真空干燥箱，上海
            整，边缘清晰，导电性能最佳，电阻率最小为                               科恒实业发展有限公司；FT-351 型四探针电阻率测
            1.122×10 –3   Ω·cm。以上都是基于有机载体的研究，                  试仪，宁波瑞柯仪器有限公司；D/max2200pc 型 X
            对于水基载体的浆料研究相对较少。胡晓斌等                      [12] 开   射线衍射仪（XRD）、JSM-6700F 型场发射扫描电
            发了一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆，是                             子显微镜（SEM），日本理学公司；定制自蔓延燃
            以水作为载体。戈士勇           [13] 以水性粘结剂配合水性分              烧合成反应釜，西安嘉博电炉有限公司。
            散剂，公开了一种水基电子浆料及其电子浆料的制                             1.2    铜粉的表面处理
            备方法。LIANG 等      [14] 以蒸馏水作为溶剂，开发一种                    本课题组选用 5 和 15 μm 的铜粉作为主导电相，
            新型水基银纳米浆料，并通过添加含氟表面活性剂                             因铜粉在空气中易氧化，所以实验前必须对铜粉进
            （Zonyl  FC-300）以降低水性浆料的表面张力。黄                      行预处理，具体操作如下：
            晶等  [15] 研究了不同分散剂对 SiC 泡沫陶瓷水基浆料                        （1）酸洗。在 5 和 15 μm 的铜粉中分别加入质
            性能的影响，研究表明，添加合适的分散剂制备的                             量分数 8%的稀盐酸（体积是铜粉的 3 倍）对其进行
            浆料流变性和稳定性能较好。以上都是简单地研究                             酸洗，同时使用超声波（20  ℃）对其进行振荡，使
            以水性载体来制备的浆料，有关水基载体对银浆料                             两者混合均匀，静置 3  min 后去除上部清液，重复
            性能的影响，以及对水基贱金属铜浆料的影响的研                             操作 3 次。
            究则鲜有报道。铜价格低廉，来源丰富，导电性良                                 （2）水洗。酸洗完成后，迅速将去离子水加入
            好，较银不会发生电子迁移现象，但铜易发生氧化，                            到装有铜粉的烧杯中，用玻璃棒搅拌 1~2  min 后静
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