구리알루미늄, 니켈 등의 금속과 달리 표면에 치밀하고 안정적인 고유 보호층을 형성하기 어렵다는 점에서 차이가 있다. 따라서 노출된 구리 표면은 공기 중의 산소와 수증기에 의해 지속적으로 산화되고 부식됩니다. 구리분말은 입자크기가 작을수록, 비표면적이 클수록 급속 산화되기 쉬워 산화제1동(Cu2O), 구리 등의 제품을 생산할 수 있습니다.산화구리(CuO). 이러한 산화물 절연층은 구리분말의 전도성을 크게 저하시키고 입자의 소결접속을 방해하여 전도성 페이스트의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 특히 광전지 전면 전극의 소결 공정(종종 500℃를 초과하는 고온이 요구됨) 중에 구리 분말을 보호하지 않으면 심하게 산화되어 양호한 금속 전도성 네트워크를 형성할 수 없습니다. 또한, 고온 다습한 환경에서는 산화물 층의 성장으로 인해 시간이 지남에 따라 전도성이 저하되어 장치의 수명에 영향을 줄 수도 있습니다. 따라서 구리 분말의 표면 산화를 억제하는 것은 구리 분말의 전도성, 소결 활성 및 장기 안정성을 유지하는 데 중요합니다.
연구원과 엔지니어들은 구리 분말이 산화되기 쉬운 문제를 해결하기 위해 다양한 표면 항산화 처리 기술을 개발했습니다. 구리 분말 표면에 물리적 또는 화학적 보호층을 구축하면 산소 접촉을 차단하거나 활성 부위를 부동화시켜 산화 발생을 늦추거나 방지할 수 있습니다. 주요 방법으로는 유기 코팅 보호, 무기 코팅, 자기 부동태화 합금 개질, 표면 감소 부동태화 처리 등이 있습니다. 다음 텍스트에서는 표면 감소 부동태화 처리를 별도로 소개합니다.
표면감소 및 활성화 패시베이션 처리
화학적 환원 처리: 구리 분말 준비 후 또는 사용 전에 표면 환원을 수행하여 생성된 산화물 층을 제거하고 표면을 즉시 부동태화할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 방법은 침지 처리를 위해 구리 분말 현탁액에 유기산(포름산, 구연산), 히드라진, 아인산 등과 같은 약한 환원제를 첨가하는 것입니다. 예를 들어, 0.1%~2% 유기산(구연산 등) 용액에 구리나노분말을 넣어 pH 1~5로 조절한 뒤 저어주고 방치하면 표면의 산화구리가 용해 제거된 후 여과, 건조된다. 이 단계는 분말의 산소 함량을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 노출된 신선한 표면은 재산화되기 쉬우므로 즉각적인 패시베이션 보호가 필요합니다. 이를 위해 부식 억제제와 환원 처리를 결합하여 "환원 부동태화 2단계 방법"을 형성할 수 있습니다. 먼저 환원제로 산화물 층을 제거한 다음 유기 분자로 표면 활성 부위를 즉시 점유합니다. Zheng Nanfenget al. 혁신적인 방법을 보고했습니다: 포름산염을 표면 배위제로 사용하여 구리를 열수 처리하는 것입니다. 포름산염은 표면 산화물을 제거하는 환원제 역할을 할 뿐만 아니라, 구리(110) 표면을 배위된 형태로 재구성하여 c(6×2) 상부구조를 갖는 배위 보호층을 형성한다. 이 층은 포름산 배위 이량체와 O²⁻로 구성되어 있어 O2, Cl⁻ 등의 부식성 입자가 내부 구리 금속으로 들어가는 것을 효과적으로 차단할 수 있습니다. 이를 바탕으로 추가 개질을 위해 소량의 알킬 티올 분자를 도입해 배위층으로 완전히 덮이지 않은 표면 결함을 메우고, 구리 표면의 항산화 성능을 3배 향상시켰다. 이 "포르메이트+티올" 표면 화학적 개질 방법은 상온에서 구현 가능하여 구리 분말에 초강력 항산화 능력을 부여하면서도 전도도와 열전도도를 거의 저하시키지 않습니다. 현재 이 기술을 기반으로 개질된 구리 분말은 킬로그램 수준의 항산화 구리 페이스트 준비 실험에 성공적으로 사용되었으며 인쇄 전도성 라인 및 전자파 차폐와 같은 분야에 적용할 수 있습니다. 이 성과는 환원 보호를 달성하기 위해 표면 리간드를 독창적으로 설계함으로써 구리가 은을 대체할 수 있는 새로운 전략을 제공할 수 있음을 나타냅니다.
보호 분위기 및 플라즈마 처리: 화학적 방법 외에도 구리 분말의 표면 활성화 및 보호를 위해 물리적 수단도 사용됩니다. 예를 들어, 구리 페이스트의 소결 과정에서 환원 분위기(5% 수소를 함유한 질소, 포름산 증기 등)를 사용하면 구리의 고온 산화를 방지하고 잔류 산화막 제거에 도움이 될 수 있습니다. 또한 구리 분말의 표면을 처리하기 위해 플라즈마를 사용하고, 표면을 즉시 감소/세척하고, 불활성 가스 플라즈마 아래에 부동태화 물질 층을 증착하는 방법에 대한 탐구도 있습니다. 또한 소위 자체 보호 소결 기술은 구리 페이스트에 일부 첨가제를 첨가하는 것을 의미하며, 이는 소결 중에 가열되면 환원 가스로 분해되거나 보호 잔류물을 형성합니다. 예를 들어, 유기 아민, 알콕사이드 등은 고온에서 암모니아와 알데히드로 분해될 수 있으며, 이는 국부적으로 미세 환원 환경을 조성하여 구리 입자를 보호하고 소결 연결을 완료할 수 있습니다. 이 방법의 아이디어는 중요한 소결 단계에서 구리가 산화되는 것을 방지하기 위해 슬러리 제제에 "산화방지제"를 포함시키는 것입니다.
전도성 페이스트 및 전자 포장에 구리 분말을 적용할 수 있는 전망은 광범위하지만 산화는 실험실 성과와 실제 제품 사이의 주요 장애물이었습니다. 최근 연구에 따르면 유기 코팅, 무기 코팅, 자체 부동태화 합금, 표면 감소 부동태화와 같은 다양한 전략이 구리 분말의 항산화 특성을 크게 향상시켜 넓은 공정 범위 내에서 탁월한 전도성을 유지할 수 있는 것으로 나타났습니다. 다양한 방법에는 고유한 장점과 단점이 있으므로 특정 응용 분야에 맞게 선택하거나 결합해야 합니다.
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