CN109705787B - 一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本案公开了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，首先通过化学途径制备纳米银和石墨烯，再加入至环氧树脂体系中制成导电胶。本案通过极小分子的纳米银附着于超大比表面积的石墨烯片层之间，制备出高性能导电胶，具有较好的导电性能和耐高温性能，并改善材料对较大温差和压差的适应能力；同时优化的制备工艺，能够较好地重现导电胶的制备过程，制备方法成本低、工艺简单、方便快捷，适用于大规模生产应用。

Description

一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法

技术领域

本发明属于电子材料制备领域，具体涉及一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法。

背景技术

电子元件不断向微型化的方向发展，器件集成度不断提高，这要求连接材料具有很高的线分辨率，传统的连接材料Pb/Sn焊料只能应用在0.65mm以下节距的连接,无法满足工艺需要；连接工艺中温度高于230℃产生的热应力也会损伤器件和基板；此外，Pb/Sn焊料中的铅为有毒物质。人们迫切需要新型无铅连接材料，导电胶作为一种Pb/Sn焊料的替代品应运而生。

导电胶是一种同时具备导电性能和粘结性能的胶黏剂，它可以将多种导电材料连接在一起，使被连接材料间形成导电通路。一般而言，导电胶是通过将导电填料填充在有机聚合物基体中，从而使其具有与金属相近的导电性能。

按导电胶中导电粒子的种类不同，可将导电胶分为银系导电胶、金系导电胶、铜系导电胶和炭系导电胶等,其中应用最广的是银系导电胶。银是优越的高导电导热金属，与金相比具有较大的价格优势，而目前的微米级银制备的体积电阻率只有10^-4～10^-3Ω·cm，无法满足导电性能需求，限制了在功率元件上的使用；纳米级银制备工艺复杂，并且因为需要较高添加量造成金属污染而限制其应用。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，其能够实现导电胶最佳的导电导热性能，同时克服因制备工艺复杂而无法大规模生产高性能导电胶的问题。

本发明的技术方案概述如下：

一种纳米银石墨烯导电胶的制备方法，包括以下步骤：

1)制备纳米银粉：将硝酸银溶于去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)制备石墨烯：将石墨与过氧化钠混合加热，然后与碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)制备导电胶：将上述纳米银粉、石墨烯、环氧树脂、溶剂、增塑剂与固化剂放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

一种采用上述的制备方法制得的纳米银石墨烯导电胶，所述的原料组成及重量份配比为：

优选的是，所述的纳米银石墨烯导电胶，其中，所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种。

优选的是，所述的纳米银石墨烯导电胶，其中，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或多种。

优选的是，所述的纳米银石墨烯导电胶，其中，所述的固化剂为对苯二胺、四氢邻苯二甲酸酐、丁二酸酰肼、己二酸酰肼中的一种或多种。

本发明的有益效果是：本案涉及的导电胶以环氧树脂为基底，引入石墨烯与纳米银两种高效导电介质，以比表面积大的石墨烯为核心，表面充盈纳米银，有效提高导电胶的导电性能，并改善材料对较大温差和压差的适应能力；同时优化的制备工艺，能够较好地重现导电胶的制备过程，制备方法成本低、工艺简单、方便快捷，适用于大规模生产应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将1g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例2

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将3g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例3

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将5g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例4

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将1g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将7.5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例5

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将3g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将7.5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例6

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将3g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将10g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例7

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将5g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例8

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将5g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将7.5g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

实施例9

本实施例提供了一种纳米银石墨烯导电胶及其制备方法，包括以下步骤：

1)将5g硝酸银溶于60g去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入4g聚乙烯吡咯烷酮和15g无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入7g质量分数为5％的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2)将10g石墨与18g过氧化钠混合加热，然后与18g碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3)将上述纳米银粉、石墨烯与70g环氧树脂、75g二甲基甲酰胺、7.5g邻苯二甲酸二正辛酯、7.5g对苯二胺放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶。

表一列出不同实施例的具体组成及其制得导电胶的性能参数：

表一

表二列出不同对比例的具体组成及其制得导电胶的性能参数：

表二

由上表可知，当体系中同时存在纳米银与石墨烯时，导电胶的体积电阻率要远优于单独的纳米银和石墨烯环氧树脂体系，同时其他性能也进一步提升，这是因为极小分子的纳米银能够有效地附于石墨烯的片层之间，两者的协效作用使导电胶表现出最佳的导电效果。当纳米银和石墨烯的含量超过一定值，导电胶的性能不会再提升，因此可以对配方作进一步优选。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种纳米银石墨烯导电胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制备纳米银粉：将硝酸银溶于去离子水中，形成硝酸银稀溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇，搅拌30min后混合均匀，然后缓慢滴入质量分数为5%的水合肼溶液，用去离子水洗涤后在真空干燥至恒重，得到纳米级银粉；

2）制备石墨烯：将石墨与过氧化钠混合加热，然后与碳酸氢钠在加热条件下反应2～3h；

3）制备导电胶：将上述纳米银粉、石墨烯、环氧树脂、溶剂、增塑剂与固化剂放入游星式搅拌脱泡装置以1080r/min的速度高速搅拌30min，然后放入干燥箱中固化6h得到导电胶；

所述的原料组成及重量份配比为：

硝酸银 1～5重量份；

去离子水 50～70重量份；

聚乙烯吡咯烷酮 3～5重量份；

无水乙醇 10～20重量份；

水合肼 5～10重量份；

石墨 5～10重量份；

过氧化钠 15～20重量份；

碳酸氢钠 15～20重量份；

环氧树脂 60～80重量份；

溶剂 50～100重量份；

增塑剂 5～8重量份；

固化剂 5～8重量份。

2.根据权利要求1所述的纳米银石墨烯导电胶的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的纳米银石墨烯导电胶的制备方法，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的纳米银石墨烯导电胶的制备方法，其特征在于，所述的固化剂为对苯二胺、四氢邻苯二甲酸酐、丁二酸酰肼、己二酸酰肼中的一种或多种。

5.一种采用如权利要求1～4中任一项所述的制备方法制得的纳米银石墨烯导电胶。