纳米银及导电油墨知识.docVIP

1.纳米银的基本知识

纳米银是指在三维空间上，至少有一维长度处于1~100nm的金属银单质，属于纳米材料中研究最广泛的一种。由于银颗粒的尺寸变小，颗粒表面的原子数量显著增加，甚至多于颗粒内部的原子数量，从而表现出一系列不同于块体银的优异性能，在导电浆料、杀菌、光学等方面得到了广泛应用。

1.1纳米银的主要性能及用途

1.1.1电性能

纳米银的导电性较一般金属材料或导电高分子材料的导电性高，纳米银在

[1]150?氢气中烧结30min，其电阻率从30.5μΩ?cm降低至16.8μΩ?cm。另外，纳

[2]米银的化学稳定性高，不易被氧化，在电子浆料方面用途广泛。纳米银的导电性随粒径的减少而降低，从导电性能来讲，电子浆料中用的纳米银粒径不是越小越好。根据Kubo公式:

EF=,3N

式中:δ为能级间距;EF为费米能级;N为总电子数。宏观金属包含无限个原子(即所含电子个数N为无穷大)，即大粒子或宏观物体的能级间距几乎为零，表现为导电性很高;纳米微粒包含的原子数有限，N很小，δ有一定的值，即能级间距发生分裂，表现为导电性较低。

另外，纳米银的导电性能和银颗粒的形状密切相关。以导电浆料为例，片状的银颗粒形成导电涂层时，相邻颗粒间呈面接触，相比球形银颗粒的接触面积大很多，而且墨层固化过程中，上下颗粒会交叠，接触面积近一步增加，导电性比球形颗粒的高。片状银颗粒的体系中加入一定比例的球形纳米银颗粒，球形颗粒能够进一步填充片状银颗粒间的缝隙，导电性比单一片状银颗粒的高。

1.1.2热性能

银的熔化温度随粒径减小而降低，块状银的熔点为960?，纳米银的熔点最

[3]低可达到100?。物质的熔点与颗粒大小的关系为:

2,TSL0,T=,Hr,

式中:?T为块状物质熔点(T)与超细颗粒熔点(T)之差;γ为固液界0SL面张力;ρ为密度;?H为熔化热;r为颗粒粒径。

纳米银的颗粒越小，表面能越高，比表面的原子数多，这些表面原子近邻配位不全以及纳米颗粒的体积远小于块体银，因此纳米银熔化时所增加的内能小得

[4]多，这就使得纳米银颗粒的熔点急剧下降。纳米银在电子浆料实现低温烧结获得高的导电性已经实现。经过烧结的纳米银颗粒发生融化，相邻的颗粒搭接，接触面积增加，形成导电通路，导电性能大幅度提高。图1.1.1是烧结前后(烧结

[5]温度为130?)纳米银颗粒的形貌图。

图1.1.1纳米银130?烧结前后的SEM图

1.1.3表面等离子共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)

SPR是一种物理现象，当入射光以临界角入射到两种不同折射率的介质界面(比如玻璃表面的金或银镀层)时，引起金属自由电子的共振，共振使电子吸收光能量，从而使反射光在一定角度内大大减弱。图1.1.2为SPR原理示意图。

图1.1.2SPR原理示意图

纳米金属胶体在电磁场作用下，离子和自由电子系统形成偶极子，偶极子在

电场中连续振动。在金属球体振动模式中，导带电子的振荡频率和入射光的电磁场频率一致时，发生耦合，表现为表面等离子共振吸收。贵金属如银、金等都可以发生表面等离子共振现象。表面等离子共振吸收的频率、吸收带宽度、强度和

[6]位置等与金属颗粒的粒径、形状和团聚状态密切相关。有尖锐的角和边缘的纳

[7]米银颗粒对SPR的增强作用更明显。不同形状和大小的银颗粒对紫外光——可

[8]见光的吸收情况为:20,40nm的球形纳米银的SPR主峰位于410nm，粒径增加到90nm后，主峰位置移到480nm;银纳米棒和纳米线的SPR主峰分别位于350nm和380nm;边长80nm的银立方体的SPR峰带为320,800nm，主峰位于470nm;边长为75nm的三角形银晶体的SPR峰带为320,900nm，主峰位于

[9]520nm。图1.1.3为不同形状纳米银的UV-vis吸收曲线。

图1.1.3不同形状的纳米银的UV-vis吸收曲线

表面等离子共振是表面增强拉曼的重要机理，纳米银粒子具有小尺寸效应和量子效应，通过激发光照射能引起表面等离子共振，增强拉曼散射信号，能够实

[10]现痕量检测。吴永军等利用纳米银衬底结构检测三聚氰胺分子数，增强因子

11达到1.41×10。另外，纳米银粒子表面等离子共振吸收峰附近具有超快的非线性光学响应，科学家发现把纳米银掺杂在半导体或绝缘体中，可获得较大的非线性极化率，利用这一特性可制作光电器件，如光开关、高级光学器件的颜色过滤器等。

1.1.4杀菌性能

在古代，人们就知道银碗盛牛奶等食物，可以保存较长的时间不变质。古埃及人用银片覆盖伤口很有疗效。这都说明银有杀菌作用。纳米银的杀菌作用更为高效，极少的纳米银就能产生强大的杀菌作用，可在数分钟内杀死650多种细菌[11]。纳米银的杀菌原理如图1.1.4所示，