Bakarrazlikuje se od metala kao što su aluminij i nikal po tome što je teško formirati gusti i stabilni intrinzični pasivacijski sloj na njegovoj površini. Zbog toga će izložena bakrena površina neprestano oksidirati i nagrizati kisik i vodena para u zraku. Što je manja veličina čestica i veća specifična površina bakrenog praha, lakše je brzo oksidirati i proizvesti proizvode kao što su bakrov oksid (Cu2O) ibakrov oksid (CuO). Ovaj oksidni izolacijski sloj značajno smanjuje vodljivost bakrenog praha i sprječava sinteriranje čestica, što dovodi do degradacije performansi vodljive paste. Osobito tijekom procesa sinteriranja prednje elektrode fotonaponskih ćelija (koji često zahtijeva visoke temperature koje prelaze 500 ℃), ako bakreni prah nije zaštićen, bit će jako oksidiran i neće moći formirati dobru metalnu vodljivu mrežu. Osim toga, u okruženjima visoke temperature i visoke vlažnosti, rast oksidnog sloja također može uzrokovati pogoršanje vodljivosti tijekom vremena, što utječe na životni vijek uređaja. Stoga je inhibicija površinske oksidacije bakrenog praha ključna za održavanje njegove vodljivosti, aktivnosti sinteriranja i dugoročne stabilnosti.
Istraživači i inženjeri razvili su različite tehnike tretiranja površine antioksidansima kako bi riješili problem bakrenog praha koji je sklon oksidaciji. Izgradnja fizičkog ili kemijskog zaštitnog sloja na površini bakrenog praha može blokirati kontakt s kisikom ili pasivizirati aktivna mjesta, čime se usporava ili čak sprječava pojava oksidacije. Glavne metode uključuju organsku zaštitu prevlake, anorgansku prevlaku, samopasivirajuću modifikaciju legure i tretiranje pasivizacijom redukcije površine. Sljedeći tekst zasebno predstavlja tretman pasivizacijom smanjenja površine.
Smanjenje površine i aktivacijska pasivizacija
Tretman kemijskom redukcijom: Redukcija površine može se izvesti nakon pripreme bakrenog praha ili prije upotrebe kako bi se uklonio stvoreni oksidni sloj i odmah pasivizirala površina. Uobičajena metoda je dodavanje blagih redukcijskih sredstava kao što su organske kiseline (mravlja kiselina, limunska kiselina), hidrazin, fosforna kiselina, itd. u suspenziju bakrenog praha za tretman namakanja. Na primjer, dodajte nano bakreni prah u 0,1% – 2% otopinu organske kiseline (kao što je limunska kiselina) kako biste podesili pH 1 – 5, promiješajte i ostavite, tada se površinski bakreni oksid može otopiti i ukloniti, a zatim filtrirati i osušiti. Ovaj korak može značajno smanjiti sadržaj kisika u prahu. Međutim, izložene svježe površine sklone su ponovnoj oksidaciji i zahtijevaju trenutnu pasivnu zaštitu. U tu svrhu može se formirati "metoda redukcijske pasivizacije u dva koraka" kombiniranjem redukcijske obrade s inhibitorima korozije: prvo se redukcijskim sredstvom ukloni sloj oksida, a zatim odmah zauzmu površinska aktivna mjesta organskim molekulama. Zheng Nanfeng i sur. izvijestio je o inovativnoj metodi: hidrotermalnoj obradi bakra korištenjem formata kao agensa za površinsku koordinaciju. Format ne samo da djeluje kao redukcijsko sredstvo za uklanjanje površinskih oksida, već također rekonstruira površinu bakra (110) u koordiniranom obliku, tvoreći koordinacijski pasivacijski sloj s c (6 × 2) superstrukturom. Ovaj se sloj sastoji od koordinacijskog dimera bakrenog formata i O ² ⁻, koji može učinkovito blokirati korozivne čestice kao što su O ₂ i Cl ⁻ da uđu u unutarnji metal bakra. Na temelju toga, mala količina molekula alkil tiola uvedena je za daljnju modifikaciju, popunjavajući površinske nedostatke koji nisu bili potpuno prekriveni koordinacijskim slojem, a antioksidativna izvedba bakrene površine poboljšana je za tri reda veličine. Ova metoda površinske kemijske modifikacije "format+tiol" može se primijeniti na sobnoj temperaturi, dajući bakrenom prahu super jak antioksidativni kapacitet dok se njegova vodljivost i toplinska vodljivost gotovo ne smanjuju. Trenutačno se bakreni prah modificiran na temelju ove tehnologije uspješno koristi u eksperimentima pripreme antioksidativne bakrene paste na razini kilograma i može se primijeniti u područjima kao što su tiskani vodljivi vodovi i elektromagnetska zaštita. Ovo postignuće ukazuje na to da se genijalnim dizajnom površinskih liganda za postizanje redukcijske zaštite može osigurati nova strategija za bakar koji će zamijeniti srebro.
Zaštitna atmosfera i obrada plazmom: Za površinsku aktivaciju i zaštitu bakrenog praha koriste se, osim kemijskih metoda, i fizikalna sredstva. Na primjer, korištenje redukcijske atmosfere (kao što je dušik koji sadrži 5% vodika, para mravlje kiseline, itd.) tijekom procesa sinteriranja bakrene paste može spriječiti visokotemperaturnu oksidaciju bakra i pomoći u uklanjanju zaostalih oksidnih filmova. Također postoji istraživanje korištenja plazme za tretiranje površine bakrenog praha, trenutačno smanjivanje/čišćenje površine i taloženje sloja pasivizirajućeg materijala ispod plazme inertnog plina. Osim toga, takozvana samozaštitna tehnologija sinteriranja odnosi se na dodavanje nekih aditiva u bakrenu pastu, koji se zagrijavanjem tijekom sinteriranja razgrađuju u redukcijske plinove ili stvaraju zaštitne ostatke. Na primjer, organski amini, alkoksidi, itd. mogu se razgraditi u amonijak i aldehide na visokim temperaturama, što može lokalno stvoriti mikro redukcijsko okruženje za zaštitu čestica bakra i potpunih veza sinteriranja. Ideja ove metode je ugraditi "antioksidans" u formulaciju kaše kako bi se spriječilo oksidiranje bakra tijekom kritične faze sinteriranja.
Izgledi za primjenu bakrenog praha u vodljivim pastama i elektroničkom pakiranju su široki, ali oksidacija je bila glavna prepreka između laboratorijskih postignuća i stvarnih proizvoda. Nedavne studije su pokazale da različite strategije kao što su organsko premazivanje, anorgansko premazivanje, samopasivirajuće legiranje i pasivizacija smanjenja površine mogu značajno poboljšati antioksidativna svojstva bakrenog praha, omogućujući mu da zadrži izvrsnu vodljivost unutar širokog procesnog prozora. Različite metode imaju svoje prednosti i nedostatke i potrebno ih je odabrati ili kombinirati za specifične primjene.
SAT NANO je najbolji dobavljač zabakreni prahu Kini, možemo ponuditi nanoprah i mikronski prah, ako imate bilo kakvih upita, slobodno nas kontaktirajte na sales03@satnano.com
