本文關(guān)鍵詞：納米銀導電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑及其對導電復合材料性能的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聚合物基導電復合材料由于具有質(zhì)輕、加工溫度低、線分辨率高、易加工成各種形狀等特點,目前已經(jīng)成為電子封裝領(lǐng)域中重要的導電連接材料。然而,聚合物基導電復合材料仍然存在著一些問題,如導電率低、電性能穩(wěn)定性差等。針對這些問題,本文通過對納米銀結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及制備方法的改進,在聚合物基體中分別構(gòu)筑了納米銀燒結(jié)型、柔性納米銀鏈搭接型、選擇性隔離分布型、均勻排列型等不同的納米銀導電網(wǎng)絡(luò),制備了綜合性能優(yōu)異的聚合物/納米銀導電復合材料,研究了納米銀的形貌、導電網(wǎng)絡(luò)等對復合材料導電性及電性能穩(wěn)定性等的影響。采用三乙醇胺(TEOA)為絡(luò)合劑,與硝酸銀結(jié)合生成Ag+-TEOA絡(luò)合物,利用傅里葉變換紅外(FTIR)、示差掃描量熱儀(DSC)、紫外可見光譜(UV-vis)、X-射線衍射(XRD)等分析測試手段研究發(fā)現(xiàn),絡(luò)合物可以在環(huán)氧樹脂的固化溫度150℃下發(fā)生了熱分解反應(yīng),生成納米銀；透射電子顯微鏡(TEM)分析顯示,生成的納米銀在環(huán)氧樹脂中均勻分散,且粒徑大小在5-24nm范圍內(nèi)。絡(luò)合物熱分解后的產(chǎn)物三乙醇胺化合物具有促進固化反應(yīng)的作用。將絡(luò)合物、微米銅粉、環(huán)氧樹脂混合制備了納米銀修飾鍍銀銅粉／環(huán)氧樹脂導電復合材料,其體積電阻率達6.27×10-4 Ω cm,濕熱老化條件下的電阻變化率為6.7%。研究表明,環(huán)氧樹脂在固化過程中原位生成的納米銀吸附在鍍銀銅粉表面并發(fā)生低溫熔融燒結(jié),不僅完善了銅粉表面銀包覆層的結(jié)構(gòu),提高了鍍銀銅粉抗氧化性,還通過界面燒結(jié),構(gòu)筑了納米銀燒結(jié)的導電網(wǎng)絡(luò),在鍍銀銅粉之間形成冶金連接,降低了銅粉間的接觸電阻,從而有效提高了復合材料的導電性及耐濕熱老化性能。為了制備柔性導電復合材料,采用水性聚氨酯作為樹脂基體,并利用環(huán)氧硅烷對水性聚氨酯預聚體進行改性,制備了端環(huán)氧基的水性聚氨酯；將制備的Ag2O-TEOA絡(luò)合物對端環(huán)氧基的水性聚氨酯作進一步改性,制備了納米銀／聚氨酯柔性導電復合材料,并研究了反應(yīng)機理。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)濕熱老化后,未改性的導電復合材料的電阻變化達到34%,而銀絡(luò)合物交聯(lián)改性的導電復合材料的電阻變化僅為16.2%,說明銀絡(luò)合物的交聯(lián)改性有效地改善了導電復合材料的抗?jié)駸崂匣浴Ｍㄟ^對微觀結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn),改性過程中一方面在聚氨酯分子鏈上引入了具有疏水作用的有機硅鏈段,同時增大了交聯(lián)密度,改善了聚合物基體的耐水性；另一方面,原位生成的納米銀吸附于鍍銀銅粉表面并發(fā)生燒結(jié),改善了填料的抗氧化性,這兩方面共同作用,提高了導電復合材料的濕熱老化性能。為了進一步提高導電復合材料的柔性,采用了DNA大分子鏈作為納米銀生成的模板,制備了柔性納米銀鏈。UV-vis和拉曼光譜(Raman)研究發(fā)現(xiàn),納米銀與DNA的結(jié)合是通過與磷酸根的靜電作用及堿基對的絡(luò)合作用共同實現(xiàn)的,銀離子濃度及體系pH值對納米銀鏈形貌結(jié)構(gòu)有一定的影響。TEM表明,納米銀鏈以糾纏蜷曲的狀態(tài)搭接在微米填料之間,構(gòu)筑了柔性的納米銀鏈搭接型導電網(wǎng)絡(luò),形成良好的導電通路,提高了導電性；此外,在材料發(fā)生彎曲變形時,這種柔性的導電網(wǎng)絡(luò)可以隨之發(fā)生伸展變形,但仍然保持了填料間的有效連接,導電通路并未受到破壞,從而提高了電阻的穩(wěn)定性。當填充4 wt%的納米銀鏈后,體積電阻率由6.93×10-4 Ω cm下降到2.13×10-4Ω cm,彎曲形變前后的電阻比值由8.8下降到3.6。采用共混法及泡沫法制備了兩種不同的納米銀鏈／聚氨酯導電復合材料,并研究了其導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。共混法形成的納米銀鏈導電網(wǎng)絡(luò)呈無規(guī)纏結(jié)團聚狀態(tài),而泡沫法制備的納米銀鏈導電網(wǎng)絡(luò)呈選擇性分布,納米銀鏈被隔離于狹窄的網(wǎng)格邊線中,更易形成連續(xù)的整體導電網(wǎng)絡(luò),其導電網(wǎng)絡(luò)得到了優(yōu)化。當填料含量為60wt%,泡沫法制得的導電復合材料的方阻為56Ω/sq,低于共混法制得填料含量為65wt%時的導電復合材料(98Ω/sq),在保證導電性能的同時,降低了導電填料的用量。為了降低導電填料的用量,同時改善導電復合材料的電性能,采用了層層靜電自組裝法將電負性的納米銀與陽離子型聚氨酯交替沉積,制得納米銀導電多層膜。UV-vis和掃描電子顯微鏡(SEM)研究結(jié)果表明,納米銀的自組裝是均勻等量的沉積過程,單層納米銀交錯穿插于相鄰層納米銀的縫隙處,經(jīng)多次組裝后,構(gòu)筑了納米銀均勻排列的導電網(wǎng)絡(luò)。研究了導電多層膜的電性能,發(fā)現(xiàn)當填料含量為48.4 wt%時,導電多層膜的體積電阻率為3.23 Q cm,低于填料含量為60 wt%的納米銀導電復合材料的電阻率(4.8Ω cm),說明在滿足相同導電性能的條件下,這種納米銀均勻排列型的導電網(wǎng)絡(luò)可以大大降低導電填料的用量。當導電多層膜受到彎曲變形時,其導電性能并未出現(xiàn)明顯的變化。微觀結(jié)構(gòu)研究表明,導電多層膜內(nèi)部的納米銀粒子沿著形變方向取向并聚集成束,構(gòu)筑了新的選擇性分布的導電網(wǎng)絡(luò),從而改善了形變時電性能穩(wěn)定性。研究了熱壓條件下導電網(wǎng)絡(luò)的形態(tài),發(fā)現(xiàn)導電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生燒結(jié),且形成更為致密的接觸,有效提高了復合材料的電性能。
【關(guān)鍵詞】：納米銀 導電網(wǎng)絡(luò) 導電復合材料 燒結(jié) 柔性
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;O614.122
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-34
• 1.1 聚合物基導電復合材料簡介13-17
• 1.1.1 聚合物基導電復合材料發(fā)展來源13-14
• 1.1.2 聚合物基導電復合材料的組成14-15
• 1.1.3 聚合物基導電復合材料的導電機理15-17
• 1.2 納米銀-聚合物導電復合材料的研究進展17-22
• 1.2.1 納米銀的含量對導電復合材料電性能的影響18
• 1.2.2 納米銀的粒徑大小對導電復合材料電性能的影響18
• 1.2.3 一維納米銀對導電復合材料電性能的影響18-19
• 1.2.4 納米銀的低溫燒結(jié)對導電復合材料電性能的影響19-21
• 1.2.5 原位法制備低溫燒結(jié)的納米銀導電復合材料21-22
• 1.3 柔性導電復合材料概述22-30
• 1.3.1 柔性導電復合材料的制備方法23-25
• 1.3.2 柔性納米導電填料25-29
• 1.3.3 導電填料網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計29-30
• 1.4 本論文選題的目的、意義和主要研究內(nèi)容30-34
• 1.4.1 本研究的目的與意義30-31
• 1.4.2 本研究的主要內(nèi)容31-32
• 1.4.3 本研究的特色及創(chuàng)新之處32-34
• 第二章 原位熱分解法制備納米銀修飾鍍銀銅粉/環(huán)氧樹脂導電復合材料34-51
• 2.1 引言34-35
• 2.2 實驗部分35-38
• 2.2.1 原料35
• 2.2.2 導電復合材料的基本配方35-36
• 2.2.3 導電復合材料的制備過程36
• 2.2.4 表征手段和性能測試36-38
• 2.3 結(jié)果與討論38-50
• 2.3.1 納米銀粒子的表征與形成機理38-43
• 2.3.2 納米銀對鍍銀銅粉表面的包覆作用43-45
• 2.3.3 Ag~+-TEOA絡(luò)合物對導電復合材料固化行為的影響45-48
• 2.3.4 Ag~+-TEOA絡(luò)合物對導電復合材料電性能及老化性能的影響48-50
• 2.4 本章小結(jié)50-51
• 第三章 納米銀/水性聚氨酯柔性導電復合材料的制備51-71
• 3.1 引言51
• 3.2 實驗部分51-55
• 3.2.1 原料51-52
• 3.2.2 水性聚氨酯(WPU)的合成52
• 3.2.3 銀絡(luò)合物的制備52
• 3.2.4 環(huán)氧硅烷改性水性聚氨酯及納米銀/聚氨酯復合物的制備52-54
• 3.2.5 表征手段及性能測試54-55
• 3.3 結(jié)果與討論55-70
• 3.3.1 水性聚氨酯及鍍銀銅粉、聚氨酯導電復合材料55-58
• 3.3.2 水性聚氨酯的改性及原位熱分解法制備納米銀/聚氨酯導電復合材料58-70
• 3.4 本章小結(jié)70-71
• 第四章 鏈狀納米銀的制備及其在聚氨酯柔性導電復合材料中的應(yīng)用71-91
• 4.1 引言71-72
• 4.2 實驗部分72-74
• 4.2.1 原料72
• 4.2.2 納米銀鏈的制備72-73
• 4.2.3 泡沫法制備納米銀鏈導電網(wǎng)格材料73
• 4.2.4 表征手段及性能測試73-74
• 4.3 結(jié)果與討論74-90
• 4.3.1 DNA大分子為模板制備納米銀鏈74-84
• 4.3.2 納米銀鏈對鍍銀銅粉/聚氨酯導電復合材料性能及結(jié)構(gòu)的影響84-86
• 4.3.3 納米銀鏈/聚氨酯導電復合材料導電性能的研究86-87
• 4.3.4 納米銀鏈宏觀導電網(wǎng)格材料導電性能的研究87-90
• 4.4 本章小結(jié)90-91
• 第五章 層層自組裝法制備納米銀柔性導電復合材料91-106
• 5.1 引言91-92
• 5.2 實驗部分92-94
• 5.2.1 原料92
• 5.2.2 表面負電性納米銀的制備92
• 5.2.3 陽離子型水性聚氨酯的制備92
• 5.2.4 層層自組裝導電膜的制備92-93
• 5.2.5 表征手段及性能測試93-94
• 5.3 結(jié)果與討論94-104
• 5.3.1 負電性納米銀的表征94-96
• 5.3.2 納米銀層層自組裝導電多層膜的過程96-97
• 5.3.3 納米銀/聚氨酯導電多層膜的結(jié)構(gòu)形貌特征97-100
• 5.3.4 納米銀/聚氨酯導電多層膜的導電性能研究100-104
• 5.4 本章小結(jié)104-106
• 結(jié)論106-108
• 參考文獻108-124
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果124-126
• 致謝126-127
• 附件127

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 徐曼;曹曉瓏;;納米銀/環(huán)氧樹脂復合電介質(zhì)的電導特性[J];稀有金屬材料與工程;2010年08期

2 路學斌;郭照輝;黃榮;陳明安;;紫銅表面3-巰丙基三乙氧基硅烷薄膜的制備與耐蝕性能[J];物理化學學報;2011年01期

  本文關(guān)鍵詞：納米銀導電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑及其對導電復合材料性能的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：397536