đồngkhác với các kim loại như nhôm và niken ở chỗ khó hình thành lớp thụ động nội tại dày đặc và ổn định trên bề mặt của nó. Vì vậy, bề mặt đồng tiếp xúc sẽ liên tục bị oxy hóa và ăn mòn bởi oxy và hơi nước trong không khí. Kích thước hạt càng nhỏ và diện tích bề mặt riêng của bột đồng càng lớn thì càng dễ bị oxy hóa nhanh để tạo ra các sản phẩm như oxit dạng cốc (Cu2O) vàoxit đồng (CuO). Lớp cách nhiệt oxit này làm giảm đáng kể độ dẫn điện của bột đồng và cản trở kết nối thiêu kết hạt, dẫn đến suy giảm hiệu suất của miếng dán dẫn điện. Đặc biệt trong quá trình thiêu kết điện cực phía trước của tế bào quang điện (thường đòi hỏi nhiệt độ cao vượt quá 500oC), nếu bột đồng không được bảo vệ, nó sẽ bị oxy hóa nghiêm trọng và không thể tạo thành mạng lưới dẫn điện kim loại tốt. Ngoài ra, trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao, sự phát triển của lớp oxit cũng có thể khiến độ dẫn điện bị suy giảm theo thời gian, ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị. Do đó, việc ức chế quá trình oxy hóa bề mặt của bột đồng là rất quan trọng để duy trì độ dẫn điện, hoạt động thiêu kết và độ ổn định lâu dài của nó.
Các nhà nghiên cứu và kỹ sư đã phát triển nhiều kỹ thuật xử lý chống oxy hóa bề mặt khác nhau để giải quyết vấn đề bột đồng dễ bị oxy hóa. Việc tạo ra một lớp bảo vệ vật lý hoặc hóa học trên bề mặt bột đồng có thể ngăn chặn sự tiếp xúc với oxy hoặc làm thụ động các vị trí hoạt động, do đó làm chậm hoặc thậm chí ngăn chặn quá trình oxy hóa xảy ra. Các phương pháp chính bao gồm bảo vệ lớp phủ hữu cơ, lớp phủ vô cơ, sửa đổi hợp kim tự thụ động và xử lý thụ động giảm bề mặt. Văn bản sau đây giới thiệu riêng về xử lý thụ động giảm bề mặt.
Giảm bề mặt và xử lý thụ động kích hoạt
Xử lý khử hóa học: Quá trình khử bề mặt có thể được thực hiện sau khi chuẩn bị bột đồng hoặc trước khi sử dụng để loại bỏ lớp oxit sinh ra và làm thụ động bề mặt ngay lập tức. Phương pháp thường được sử dụng là thêm các chất khử nhẹ như axit hữu cơ (axit formic, axit citric), hydrazine, axit photpho, v.v. vào huyền phù bột đồng để xử lý ngâm. Ví dụ, thêm bột đồng nano vào dung dịch axit hữu cơ 0,1% - 2% (như axit citric) để điều chỉnh pH 1 - 5, khuấy đều và để yên, sau đó có thể hòa tan và loại bỏ oxit đồng trên bề mặt, sau đó lọc và sấy khô. Bước này có thể làm giảm đáng kể hàm lượng oxy trong bột. Tuy nhiên, các bề mặt mới lộ ra dễ bị oxy hóa lại và cần được bảo vệ thụ động ngay lập tức. Để làm được điều này, có thể hình thành "phương pháp hai bước thụ động khử" bằng cách kết hợp xử lý khử với chất ức chế ăn mòn: đầu tiên loại bỏ lớp oxit bằng chất khử, sau đó ngay lập tức chiếm giữ các vị trí hoạt động bề mặt bằng các phân tử hữu cơ. Zheng Nanfeng và cộng sự. đã báo cáo một phương pháp cải tiến: xử lý thủy nhiệt đồng bằng cách sử dụng formate làm chất điều phối bề mặt. Formate không chỉ đóng vai trò là chất khử để loại bỏ các oxit bề mặt mà còn tái tạo lại bề mặt đồng (110) ở dạng phối hợp, tạo thành lớp thụ động phối hợp với cấu trúc thượng tầng c (6 × 2). Lớp này bao gồm dimer phối hợp formate đồng và O ² ⁻, có thể ngăn chặn hiệu quả các hạt ăn mòn như O ₂ và Cl ⁻ xâm nhập vào kim loại đồng bên trong. Trên cơ sở đó, một lượng nhỏ phân tử alkyl thiol đã được đưa vào để sửa đổi thêm, lấp đầy các khuyết tật bề mặt không được lớp phối hợp che phủ hoàn toàn và hiệu suất chống oxy hóa của bề mặt đồng được cải thiện theo ba bậc độ lớn. Phương pháp biến đổi hóa học bề mặt "formate+thiol" này có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng, mang lại cho bột đồng khả năng chống oxy hóa siêu mạnh trong khi hầu như không làm giảm độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của nó. Hiện nay, bột đồng được biến đổi dựa trên công nghệ này đã được sử dụng thành công trong các thí nghiệm chuẩn bị bột đồng chống oxy hóa ở cấp độ kilôgam và có thể được áp dụng trong các lĩnh vực như dây dẫn in và tấm chắn điện từ. Thành tựu này chỉ ra rằng bằng cách khéo léo thiết kế các phối tử bề mặt để đạt được khả năng chống khử, đồng có thể đưa ra một chiến lược mới để thay thế bạc.
Khí quyển bảo vệ và xử lý plasma: Ngoài các phương pháp hóa học, các phương tiện vật lý cũng được sử dụng để kích hoạt bề mặt và bảo vệ bột đồng. Ví dụ, sử dụng môi trường khử (chẳng hạn như nitơ chứa 5% hydro, hơi axit formic, v.v.) trong quá trình thiêu kết bột đồng có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa đồng ở nhiệt độ cao và hỗ trợ loại bỏ màng oxit dư. Ngoài ra còn có nghiên cứu sử dụng plasma để xử lý bề mặt bột đồng, khử/làm sạch bề mặt ngay lập tức và lắng đọng một lớp vật liệu thụ động dưới plasma khí trơ. Ngoài ra, cái gọi là công nghệ thiêu kết tự bảo vệ đề cập đến việc thêm một số chất phụ gia vào bột đồng, chúng sẽ phân hủy thành khí khử hoặc tạo thành cặn bảo vệ khi đun nóng trong quá trình thiêu kết. Ví dụ, các amin hữu cơ, alkoxit, v.v. có thể phân hủy thành amoniac và aldehyd ở nhiệt độ cao, có thể tạo ra môi trường khử vi mô cục bộ để bảo vệ các hạt đồng và hoàn thiện các kết nối thiêu kết. Ý tưởng của phương pháp này là kết hợp chất "chất chống oxy hóa" vào công thức bùn để ngăn đồng khỏi bị oxy hóa trong giai đoạn thiêu kết quan trọng.
Triển vọng ứng dụng của bột đồng trong bột nhão dẫn điện và bao bì điện tử rất rộng, nhưng quá trình oxy hóa là trở ngại chính giữa thành tựu của phòng thí nghiệm và sản phẩm thực tế. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các chiến lược khác nhau như lớp phủ hữu cơ, lớp phủ vô cơ, hợp kim tự thụ động và sự thụ động giảm bề mặt có thể cải thiện đáng kể tính chất chống oxy hóa của bột đồng, cho phép nó duy trì độ dẫn tuyệt vời trong phạm vi quy trình rộng. Các phương pháp khác nhau đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng và cần được lựa chọn hoặc kết hợp cho các ứng dụng cụ thể.
SAT NANO là nhà cung cấp tốt nhất vềbột đồngở Trung Quốc, chúng tôi có thể cung cấp bột nano và bột micron, nếu bạn có bất kỳ yêu cầu nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ sales03@satnano.com
