文摘
铜纳米粒子合成使用锂离子增加解决方案的水电导率和精确控制大小,形状,大小分布的粒子。在这项研究中,传统的方法增加粒度的铜离子浓度和PGPPE在氯化铜溶液与氯化锂的浓度增加时,氯化铜浓度保持不变。粒子大小和形状特征是TEM,粒子的大小分布在不同浓度得到的粒度分析。增加溶液中铜离子的浓度大大增加溶液电导率和粒子的大小,但导致了宽粒度分布从150纳米到400纳米和粗糙的粒子形态。锂离子的加入增加了粒子的大小,但维护他们的250海里。此外,颗粒球形,由TEM展出。增加锂离子解决方案有可能合成纳米粒子与最优特征为打印应用程序通过维护一个狭窄的大小范围和球形。
1。介绍
最近,已经有大量研究纳米尺度的金属颗粒的制造nanoink应用程序(1- - - - - -4]。金属油墨含有纳米粒子可用于制造各种各样的印刷电子(5- - - - - -7),如灵活的天线(5],显示[8),和印刷电路板9]。金属油墨必须符合足够的值粘度、电导率、密度、包装和后固化导电率进行印刷工艺(10]。Nanoink属性密切相关的尺寸,形状,大小分布和墨水的胶状悬浮液中包含的纳米颗粒(11]。均匀的纳米颗粒的形状和大小是重要优化填料因子和获得更高的电导率值喷墨模式(10]。此外,非常小的粒子大小妥协中包含的胶体粒子的稳定性以来的油墨粒子具有很高的表面能,容易结块12]。优先、粒子大小各种印刷应用应该介于50和300 nm之间13]。
几种方法已经成功地合成铜纳米颗粒对于印刷的应用程序,但是所有这些方法合成粒子在小范围内。例如粒度范围从4到10纳米的声化学的方法(14),使用反向胶束(精神分裂症一般在海里15),5 - 15海里使用乳状[16,45 - 50 nm多元醇方法(17,18]。特别是湿或多元醇方法比其他方法相对简单,有效地形成铜纳米粒子。使用湿法,参数如颗粒大小(19- - - - - -22)、形状(23,24),和分布25- - - - - -28可以相对容易控制。湿法,减少了粒子的大小主要是受金属离子的浓度等因素的影响,pH值、温度、还原剂(1]。在先前的研究中,研究小组表明,溶液导电性可以改变还原剂和溶液中金属离子的浓度,还可以影响纳米颗粒的大小(3]。增加铜粒子大小的一种方法在溶液中通过这种方式是提高铜离子浓度,导致减少金属种子彼此碰撞,成长为更大的金属纳米粒子。表面活性剂也可以用来增加和/或减少水电导率和控制在溶液中粒子的胶体分散系和形状。然而使用表面活性剂降低印刷图案的导电性,是昂贵的,因此有必要减少他们的使用29日]。
在这项研究中,一种新的湿方法合成铜金属颗粒是调查。粒子的大小、形状和分布的粒子在这个实验中比较了两种传统的机制:添加铜离子和表面活性剂。表面活性剂的作用是通过改变PGPPE的浓度。锂离子选择增加水电导率和控制铜纳米颗粒的大小,因为他们并不容易,并且可以减少粒子由于其小尺寸之间的广泛分布。此外,锂离子可以吸收铜和形成一个两性胶体防止粒子之间的碰撞。粒子大小和水电导率之间的关系得到了三种方法。PSA和TEM分析后的粒度分布的铜和锂离子。
2。实验
2.1。水电导率的变化改变表面活性剂的浓度
电气性能的水溶液被改变通过改变表面活性剂的浓度增加铜微粒的大小。在这项研究中,PGPPE(聚乙二醇p - (1, 1, 3, 3, -tetramethybutyl)苯基醚结构如图1)是用作表面活性剂。
五个不同浓度的稀释50毫升的解决方案包含PGPPE(表1)准备和测试电气导率。然后,包含0.3×10 100毫升的解决方案−3摩尔的CuCl2h·22O被添加到每个解决方案,和电导率测量。稀释溶液含有1.5×10的50毫升−3摩尔的肼在慢慢添加到每个解决方案,同时搅拌5分钟每分钟300转。稳定的解决方案是允许另一个五分钟后搅拌。
2.2。水电导率的变化改变铜离子的浓度
水解决方案不同的电气性能使用CuCl2·2水为主要反应试剂来识别其间接影响大小、形状和分布的铜粒子。5个100毫升解决方案与氯化铜浓度从0.1×10−33×10−3显示在表2都准备好了。然后,50毫升10×10−3摩尔PGPPE解决方案被添加到每个氯化铜溶液。然后测量电导率的解决方案。50毫升肼浓度从0.5×10的解决方案−3到15×10−3显示在表2准备,慢慢添加到300 RPM的氯化铜溶液,搅拌5分钟。稳定的解决方案是允许另一个五分钟后搅拌。
2.3。水的变化添加锂离子导电性
在这部分实验中,氯化铜的浓度,PGPPE,还原剂是固定在氯化锂的浓度变化。包含0.3×10 5 100毫升的解决方案−3摩尔氯化铜和不同浓度氯化锂中指定的表3都准备好了。然后,一个包含10×10 50毫升的解决方案−3摩尔PGPPE被添加到每个氯化铜溶液电导率测量。稀释的解决方案包含1.5×10的50毫升−3摩尔的肼慢慢添加到解决方案包含氯化铜和氯化锂,搅拌5分钟每分钟300转。解决方案是允许稳定后搅拌5分钟。
这三个实验在室温下进行,25°C。TEM图像代表性样本的每个解决方案。对于每一个解决方案,1毫升样品溶液的稀释20倍和颗粒大小和分布的测量使用粒度分析仪(PSA、莫尔文纳米ZS90)。
3所示。结果与讨论
3.1。水的导电性随着表面活性剂的浓度的函数
的导电性PGPPE稀释解决方案在不同浓度的表面活性剂图所示2。溶液电导率增加从14到26人/ cm随着表面活性剂的浓度增加。图3显示水的导电性和铜粒子的平均尺寸与表面活性剂浓度的函数一个恒定的铜离子浓度。水电导率降低了473年到456年美国/ cm形成逆胶束水溶液。PGPPE自然形成的,在水中呈网状结构,抑制了离子迁移率,平均大小的铜粒子活性离子增加从159纳米到173纳米。表面活性剂作为乳化剂的优点和援助在印刷过程中,但粒子大小并不显著增加铜微粒之间的联盟以来受空间限制的力量。
3.2。水的导电性随着铜离子的浓度的函数
图4显示了水电导率和铜粒子的平均尺寸为铜离子浓度的函数与一个常数PGPPE浓度。溶液的电导率增加,从167年到3905年美国/ cm当铜离子的浓度增加。添加铜离子解决方案的整体流动性增加,颗粒之间的联盟,辅助合成的大颗粒测量约300海里。
3.3。水的导电性增加锂离子的功能
图5显示了电导率的解决方案和解决方案中包含的铜粒子的大小与锂离子在不同浓度。锂离子的加入并没有一个简单的增长行为的两个铜离子显示实验。导电性增加从656年到4080年美国/厘米,和铜粒子大小从180增加到250 nm当锂离子的浓度增加。浓度高于3×10−3锂离子的摩尔常数为0.3×10−3摩尔的铜离子保持粒子的大小约250海里。锂离子在溶液中铜颗粒大小的增加引起增加的活动方案,因此增加了频率的粒子之间的联盟。一旦削减的铜离子,铜微粒吸引带正电的锂离子静电排斥,阻止粒子之间的联盟。在这项研究中一个3×10的浓度−3摩尔氯化锂被认为是在这一点上铜微粒开始吸引锂离子。静电斥力阻碍粒子碰撞,形成集群。
3.4。比较的铜离子效应和锂离子在粒子的形状和大小分布的影响
粒度分布和形状2和3的实验结果比较使用PSA和TEM。图6显示了粒子分布在不同铜浓度而图7显示了粒子分布在不同锂浓度。当铜离子浓度增加没有锂离子,平均粒度和粒度分布显著增加。导致更高的铜离子浓度不均匀大小的粒子。然而,当锂离子浓度恒定铜离子浓度增加(0.3×10−3摩尔),平均粒径增加但粒子分布仍与狭窄的范围。增加锂离子解决方案增加了平均粒径,同时保持窄的粒度分布,这是打印应用程序首选,因为宽粒度分布在纳米油墨很容易造成堵塞的问题。
图8TEM照片显示铜粒子的形状在不同铜离子浓度,而图9TEM照片显示粒子形状在不同的锂离子浓度。这项研究显示,锂离子对铜粒子的合成的影响,高浓度的铜离子产生粗糙的粒子形状。高浓度的铜离子引起的铜粒子相互碰撞,形成大集群崎岖的粒子形状,印刷过程中可能导致问题。TEM图像表明,锂离子的加入也是一个机制来控制形态、粒径、粒度分布的铜纳米颗粒。铜降低,锂离子吸收铜颗粒,在水相形成胶体。每个胶体粒子有一个正电荷,创建胶体inter-particle排斥,阻止粒子突然增长。指出,勉强分布式球形铜微粒在50纳米到300纳米的范围,更可取的印刷流程,可以通过添加合成锂离子溶液中。
(一)
(b)
(c)
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(b)
(c)
4所示。结论
在这项研究中,表面活性剂的影响,浓度的铜离子和锂离子的浓度大小,形状,大小分布的铜纳米颗粒。添加一个优化的表面活性剂浓度允许合成纳米颗粒作为覆盖剂,但它只能增加172纳米粒子的大小。铜离子浓度的增加是有效增加粒子的大小。然而,这增加导致粒度分布宽,这使得很难合成粒子和金属油墨应用所需的特征直接印刷技术。此外,在高铜离子浓度、粒子相互碰撞,形成坚固的集群,这是一个应用程序在nanoinks在印刷中的应用问题。锂离子的加入有助于形成球形铜粒子,艾滋病填料因子和有利于印刷流程。锂离子的能力来维持一个狭窄的范围内的粒子大小分布在250 nm和球形的形状使它一个合适的方法来优化铜粒子参数打印应用程序。
确认
这项工作是由韩国国家研究基金会(NRF)授予(D00080)。