鋁電極的XRD分析
圖4給出了摻雜不同導(dǎo)電增強相制得的鋁電極的XRD衍射圖。從圖4可見,電極的XRD圖基本一致,這說明摻雜不同導(dǎo)電增強相對鋁電極的物相組成不會造成太大影響。摻雜石墨烯、碳納米管與未摻雜鋁電極的XRD圖基本一致，但摻雜4%納米銀和6%銀包鋁粉的鋁電極的XRD圖中均出現(xiàn)了銀峰,同時出現(xiàn)銀峰的XRD圖中鋁峰強度更強,測定摻雜4%納米銀的鋁電極方阻為0.27 Q/口,與基體的附著力達(dá)到8.7 N/mm'。分析可知:摻雜納米銀可顯著提高鋁電極的導(dǎo)電性能,在680℃下?lián)饺脘X漿的納米銀熔化并填充在鋁粉顆粒之間,形成較為完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時納米銀作為導(dǎo)電相會發(fā)生滲流﹑隧道效應(yīng)和場致發(fā)射效應(yīng)[10-習(xí),因此摻雜納米銀的鋁電極的導(dǎo)電能力及與基體的結(jié)合力均有提高。
銀包鋁粉——鋁電極的顯微組織分析
圖5為不同峰值溫度下燒結(jié)所得鋁電極的SEM照片。圖5a為未摻雜導(dǎo)電增強相、經(jīng)500℃燒結(jié)后的鋁電極表面，其空洞較多。圖5b為未摻雜導(dǎo)電增強相、經(jīng)680℃燒結(jié)后的鋁電極表面,其空洞較少,經(jīng)測定,它的電阻小于圖5a樣品的電阻。這是因為在燒結(jié)過程中若峰值溫度低,樣品中玻璃的轉(zhuǎn)變不充分,沒有足夠的玻璃液包裹鋁粉顆粒運動,且有機載體揮發(fā)后鋁粉不能及時填充,導(dǎo)致導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)減少,電阻變大。
圖6為試樣G1-2、G2-2、G3-3、G43在峰值溫度680℃燒結(jié)后的鋁電極的SEM照片。由圖6a可知,摻雜1%石墨烯的鋁電極的膜層致密﹐空洞較少,摻雜的碳納米管形成了碳骨架,阻滯了過多的玻璃液流入基底,因此保溫階段有足夠的玻璃液包裹鋁粉顆粒,形成較為致密的膜層。同時管狀碳納米管可以形成碳骨架,粉體顆粒填充在碳骨架之間,形成致密的鋁粉顆粒密排面﹐從而得到空洞較少、較為致密的膜層。
圖6b是摻雜2%石墨烯的鋁電極電鏡照片﹐黑色區(qū)域周圍鋁粉顆粒表面熔化較為明顯,鋁粉顆粒彼此相連,形成較為致密的膜層,測定其方阻為1.23Q/口,附著力為6.8 N/mm。分析黑色部分是裸露在鋁電極表面團聚的石墨烯納米片,部分石墨烯在高溫條件下促進周圍鋁粉表面的氧化層還原﹐裸露出的鋁粉在高溫下來不及氧化即發(fā)生熔化,熔化后的鋁液填充到空隙處,因此得到空洞較少的鋁電極。
由圖6c可知,摻雜6%的納米銀粉的鋁電極表面空洞較少,鋁粉顆粒熔化后彼此連接形成膜網(wǎng)絡(luò),膜層導(dǎo)電性較好，測定其方阻為0.27Q/口,附著力為8.4 N/mm2。分析原因可知:納米銀粉粒徑小,表面活性大,同時也是良好的導(dǎo)電相;在燒結(jié)過程中納米銀隨著玻璃液流動填充到鋁粉顆粒之間，形成較為致密的膜層。此外,納米粒子由于表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等導(dǎo)致其熔點較本體熔點明顯下降,納米銀作為導(dǎo)電填料可以在低溫下發(fā)生燒結(jié),從而顯著減少粒子間的接觸點,提高電極的電性能。
圖6d是摻雜8%銀包鋁粉的鋁電極的電鏡照片,摻雜的銀包鋁粉在燒結(jié)過程中表層的銀熔化,被包裹的鋁粉裸露出來。因為玻璃液的保護及燒結(jié)溫度高,部分鋁粉在被氧化之前發(fā)生溶解,所以在添加8%的銀包鋁粉燒結(jié)完成后,鋁電極表面空洞較少,表面形成了完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使得電極的導(dǎo)電能力增強。同時,添加銀包鋁粉對鋁電極與基體的附著力也有一定的提高,實驗測定其方阻為0.55Q/口,附著力為8.3 N/mm2。
