淺談水基石墨烯-銅復合導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電性能，本文研究了以銅復合導電漿料的工藝，首先介紹了它的背景技術，是一種抗氧化銅導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電性能。制備出附著力高，導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、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、電子、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認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構。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1TPa，斷裂強度可以達到130GPa；再者具有高導電性，石墨烯電阻率僅10～6Ω·cm，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s；還有就是擁有高導熱性，單層的石墨烯的導熱系數(shù)可以達到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，具有良好的化學穩(wěn)定性[2]。

2 銅導體漿料的制備方法與性能分析

2.1 背景技術

銅導體漿料通過絲網(wǎng)的印刷方式，可以燒成等工序在基片上只做很多的工藝，比如使導線相互連接、導體、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物質(zhì)。導體漿料都是發(fā)展某些電子儀表，精密配件的基礎設施，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備的關鍵性材料。以金屬銅發(fā)展電子漿料是為我國信息技術往往都是發(fā)展的一個重要因素，對我國電子技術的存在和發(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，導電的金屬粉末是重中之重，也是制備的關鍵問題，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合相互制約的，如圖2。對于導體漿料而言，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 導電漿料的傳統(tǒng)工藝

2.2 銅導體漿料的制備方法

導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，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。再者就是研究導電性能的廣泛應用，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。但是這種方法使工藝變得極其復雜，所用的成本較高，還不利于環(huán)境的保護問題。但經(jīng)過科學的不斷研究，分別進行了多種材料的有機結合。通過結合的方法，順利的將銅作為準確的運用材料。他們分別是調(diào)整粘結劑、金屬導體、金屬導電填料的百分比例。金屬導電材料占總體的百分之六十五，粘結劑占百分之十二，有機的化學載體占八分之八。粘結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合，形成一種有機的載體以及金屬導電混合材料，再將它們進行180～250攝氏度的低溫固化方法，他們所產(chǎn)生的化學反應，進行與銅基復合電漿料相互連接。將合金粉混合，得到復合導電填料，量取固化劑，并依此加入促進劑當中，得到一種有機的載體。這樣制作出來的銅導電漿料制作成本低，還具有一定的導電穩(wěn)定性，他可以利用于多方面的領域，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。而且越細越容易被氧化，到達一定的程度，會影響它的效果，在進行印刷或者研究其他的領域中帶來不便。所以唯一的辦法就是進行燒結，燒結厚的產(chǎn)品特性具有一定的通透光亮，燒結后端頭的銅覆蓋率高，導電率高。

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，達到最具效果的產(chǎn)品實用性。

2.3 銅導體漿料的性能

銅在所有的有色金屬里面，導電的能力排行是第二名，通常我們在制作電線電纜的領域當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%。在加上石墨烯的導電性能，結合銅來說，是最具有金屬導電的性能之一的漿料。無氧銅的導電率非常之高，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)、導電涂料、電線電纜、催化劑、潤滑油添加劑等諸多領域方面進行使用，存在著極高的價值，并得到廣泛的應用[5]。

2.4 導電銅漿的表面工藝

銅導體漿料優(yōu)選納米技術的銅，通過這種技術，作為導電填料，它具有異常的物理化學性能，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。現(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反應行程的磷酸鹽化學轉(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 結語

水基石墨烯-銅復合導電漿料的制備還有諸多領域待我們?nèi)フJ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。