[發明專利]一種銀粉表面脂肪酸的處理方法及其在硅基導電銀膠的應用

有效

• 申請號: 202110237911.6
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113136050B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 李卓;趙俊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C08K9/04
• 分類號: C08K9/04;C08K3/08;C08K7/00;C08L83/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明涉及一種銀粉表面脂肪酸的處理方法及其在硅基導電銀膠的應用。本發明采用加熱的有機溶劑去除脂肪酸，再還原銀粉表面脂肪酸銀及氧化銀的策略，得到潔凈表面的銀粉。該處理方法十分簡單易于工業生產，由該法處理過的銀片所制硅基導電銀膠具有固化溫度低，導電性能好的優點，所得銀膠可以在水下、皮膚表面等復雜環境下完成固化，且與皮膚貼合良好無間隙。

技術領域

本發明屬于柔性材料及電子封裝材料領域，具體涉及一種銀粉表面脂肪酸的處理方法及其在硅基導電銀膠的應用。

背景技術

傳統鉛基焊料含重金屬鉛，現已逐漸被世界各國禁用，而導電膠因其環境相對友好、加工溫度低、分辨率高等優點，已逐漸在固晶材料、互連材料、熱界面材料、多層印刷電路、耦合諧振器、薄膜電子學和柔性電子器件等應用中得到越來越廣泛的應用。市場上現有的導電膠多為環氧樹脂基，其具有導電性好，固化速度快，室溫即可固化的優點。然而隨著可穿戴設備的快速發展，需要導電膠材料具有可拉伸性、柔性、生物相容性等特點。而傳統的環氧基導電膠不可拉伸，柔性差，對人體也有一定的毒性。相對的硅膠材料因其環境友好，對人體安全無毒，高可拉伸性，在很大的溫度范圍內保持良好的彈性等優異性能被廣泛的用在可穿戴電子產品中。

目前研究較多的有：1，硅膠基碳材料復合材料，由硅膠和炭黑或碳納米管復合而成，無毒彈性好，成本低廉，但導電性差小于100 S·cm^-1；2，硅膠基金屬材料復合物，其中銀由于其優異的導電性能及較銅鋁鎳等金屬更好的抗氧化性而被研究的最多，在可穿戴電子中研究潛力也最大。現主要使用的銀導電填料有銀納米線及微米級銀片兩種。兩種填料都具有導電優良可拉伸的優點，不同的是銀納米線填料長徑比大臨界體積小填料量小，沒有銀微米片表面所含有的脂肪酸不需二次處理可直接使用。但由于納米線之間是點接觸，大電流時易出現熔斷現象，且為避免銀納米線與硅膠混合時折斷，多采用銀納米線先涂層，再硅膠封蓋的工藝使得其在Z軸方向上導電差，這些都嚴重限制了其使用范圍。使用銀微米片做填料電流極限更高，可與硅膠研磨混合成涂料，使用范圍更廣，市場前景更大。但大多數市售的銀微米片在制備加工過程中都會添加脂肪酸以防止其聚集，這使得這些銀片表面往往覆蓋了大量的長鏈脂肪酸，這些長鏈脂肪酸不導電，降低了銀片間的電接觸，脂肪酸還會與銀反應生成脂肪酸銀，進一步鈍化了銀片間的導電性；且部分不飽和脂肪酸的存在還會毒化硅膠中的催化劑，降低硅膠的固化效率，使得原本可以室溫完成的固化反應需要將溫度提高到100℃以上。結果導致銀微米片填料硅導電膠出現了以下問題：1.導電性較差，往往只有10²S·cm^-1量級甚至更低^[1]；2.固化溫度往往較高，要超過100℃才能完成固化。所以要提高銀微米片填料的導電硅膠就比須對銀微米片進行處理。現有處理方法有：1. 碘或碘化鉀處理，將脂肪酸銀轉化為碘化銀，減少銀片表面脂肪酸量并可再日照處理原位得到銀納米顆粒^[2]，此法能將導電性提升至10³ -10⁴ S·cm^-1量級，但對銀片表面處理并不到位，仍有大量脂肪酸殘留，使得硅膠基導電復合物的固化還是不能在低溫下完成；2. 熱處理，通過加熱的方式將銀粉表面脂肪酸熱分解掉^[3]，導電性良好，但熱解產物復雜，對硅膠固化催化劑仍有毒性；3. 使用氫封端處理的硅膠或在硅膠中添加少量乙二醇等方式來還原脂肪酸銀^[4]，脂肪酸留在集體中；4.添加碳或碳納米管吸附脂肪酸并錨定銀片^[5]，導電性可達5000S·cm^-1以上，但脂肪酸仍在，固化溫度較高；5.鹽酸處理，鹽酸洗去脂肪酸銀及氧化銀提升導電性^[6]，使用酸不環保，且脂肪酸仍有殘留；6.使用其他銀填料，如銀枝晶，鍍銀銅鋁等^[7,8]，這些填料雖表面無脂肪酸但制備工藝復雜不利于大規模使用。可以看出現有的這些方法對銀片表面處理并不到位，仍有大量脂肪酸殘留，使得硅膠基導電復合物的還是不能在低溫下完成，這也限制了硅基導電銀膠的使用范圍，例如在對溫度敏感的基底上（如紙質電子器件、塑料基底的柔性電子器件）或者直接涂覆在生物體上使用等。

參考文獻