银纳米线的耐热性以及稳定性的研究

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银纳米线(Ag NWs)具有多种优势,如优异的机械强度、良好的柔韧性,并具有高透明度和高导电性,可以进行低成本、大规模的生产,被广泛应用于各种电子器件中。因此,一维导线和零维粒子之间的过渡对于纳米材料的应用具有重大意义。众所周知,由于纳米材料具有明显的小尺寸效应以及表(界)面效应,其表面活性较高,在低温条件下原子扩散现象严重,因此,Ag NWs的融化温度比块体银要低很多(961.3℃)。很多研究表明,Ag NWs在较低的温度环境下就会断裂成银纳米棒,并随着温度的不断上升,银纳米棒逐渐球化并形成银纳米颗粒,这种热力学不稳定性的存在可能会严重阻碍金属纳米线元件的可靠性,给Ag NWs在产品上的稳定性使用带来了极大的挑战。为此,对Ag NWs的稳定性研究势在必行,探究Ag NWs的劣化根源和规律性,以便获得调节、控制其不稳定性的方法,使得不稳定行为能够以可控的方式发生。本论文主要以Ag NWs的不稳定性为出发点,通过对Ag NWs在不同气氛下的热表现行为以及不同形态的Ag NWs的热表现行为研究其耐热性能,结合SEM进行分析发现:在相同直径条件下,在氧气氛围和大气氛围下进行加热的Ag NWs完全破碎为纳米链球的临界温度为400℃,比在氩气氛围下的临界温度450℃更低;单根Ag NWs完全破碎成纳米链球的临界温度为400℃,比Ag NWs网络的临界温度450℃更低;经塑性变形后的Ag NWs完全破碎成纳米链球的临界温度为400℃,比未经塑性变形的Ag NWs的临界温度450℃更低;直径较大的Ag NWs比直径较小的Ag NWs具有更好的耐热性能,并且在充分加热的条件下,Ag NWs的热表现行为与时间参数关系不大,而是主要与温度参数有关。本文还引入了Ag NWs超声波压力焊接工艺,将经塑性变形和未经塑性变形的Ag NWs长期放置在真空环境和大气环境中,探究其在不同条件下的形貌变化规律,发现未经塑性变形的Ag NWs和经塑性变形的Ag NWs放置在真空环境和大气中6个月后均发生表面粗糙化现象,并且在真空环境中经塑性变形和未经塑性变形的30 nm直径的Ag NWs的表面粗糙化最为严重,而在大气环境中经塑性变形和未经塑性变形的90 nm直径的Ag NWs的表面粗糙化最为严重。经对比实验可知,将Ag NWs放置在真空环境中可以有效减缓其粗糙化速度,并且Ag NWs在长期放置过程中会发生银原子迁移现象,而且经塑性变形的Ag NWs原子迁移速率比未经塑性变形的银纳米线原子迁移速率快。本研究还将Ag NWs参杂其它银纳米材料应用于导电胶中,研究参杂的银纳米材料对Ag NWs在导电胶中的耐热性的影响及其相应的导电性能变化,结果发现Ag NWs参杂银纳线颗粒(Ag NPs)或者银微米片(Ag MFs)制备导电胶,参杂的Ag NPs和Ag MFs均会降低Ag NWs在导电胶中的耐热性,且Ag MFs比Ag NPs具有更高的影响,但Ag NPs和Ag MFs则可以提高Ag NWs在导电胶中的稳定性,参杂有Ag NPs或者Ag MFs的含银纳米线导电胶内的Ag NWs在放置6个月后其变化规律与放置前没有明显改变,而未参杂的Ag NWs则发生一定程度的形貌变化。本研究还发现了不同填料的导电胶其体积电阻率随着温度的升高均先减小再增大,并且在室温下放置6个月后,这些导电胶的体积电阻率均有所下降。
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