鋁電極橫斷面的SEM 分析
圖7a、b為未摻雜導(dǎo)電增強相、分別經(jīng)500 ℃.680℃燒結(jié)的鋁電極橫斷面的SEM照片。對比兩圖可知,燒結(jié)峰值溫度對膜層的擴散影響較大,峰值溫度低,膜層擴散不充分﹐與基體之間擴散層較淺,結(jié)合力差。經(jīng)680℃燒結(jié)后的鋁電極的膜層擴散深度最大可達35 um,與基體之間無空隙,結(jié)合力好。
圖8為試樣G12、G2-2、G3-3、G4-3在峰值溫度680℃下燒結(jié)后的鋁電極橫斷面的SEM照片,可知增強相不同其鋁電極橫斷面的形貌也不同。G1-2與G22膜層較薄,膜層間有空隙,與基體擴散程度較差(見圖8a、b)。這是由于摻雜的碳納米管和石墨烯在膜層中形成了碳骨架,同時摻雜的碳納米管和石墨烯部分下沉貼合到基體表面,影響了玻璃液的流動及潤濕基體表面,潤濕性差不利于膜層與基體的結(jié)合,容易存在空隙。圖8c.d為試樣G3-3、G43橫斷面的SEM照片，膜層滲透平均深度大于15 um,表面較為平整,與基體結(jié)合緊密﹐附著力好,其中試樣G3-3的膜層擴散效果最為明顯,與基體結(jié)合得最好,與基體擴散最深處達到35 um。究其原因:摻雜的納米銀粒徑小、活性高﹐在680℃峰值溫度下燒結(jié)后可獲得較高的擴散驅(qū)動力,能夠帶動鋁粉顆粒滲入到基體空隙,形成較深的擴散層。擴散活動越劇烈,擴散層越深,膜層與基體的結(jié)合力越好。
鋁電極的導(dǎo)電性及附著力
圖9、圖10為各鋁電極的方阻,可知摻雜導(dǎo)電增強相的鋁電極的方阻整體低于未摻雜導(dǎo)電增強相的方阻。此外,碳納米管及石墨烯的最佳摻雜量分別為1 %、2%。隨著納米銀及銀包鋁粉含量的增多,摻雜納米銀和銀包鋁粉的兩組試樣的方阻依次減小。其中, G3組(摻雜納米銀)的方阻最小為0.22Q/口,這是因為摻雜的納米銀顆粒細小,填充到鋁粉顆粒之間,熔化后充當粘結(jié)劑將分散的導(dǎo)電顆粒相互連接,形成致密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),膜層空洞較少,同時納米銀也是良好的導(dǎo)電相,因此試樣的導(dǎo)電性好。
圖11給出了摻雜不同導(dǎo)電增強相的鋁電極的附著力。為了測試各鋁電極的附著力,在鋁電極上二次燒結(jié)銀電極。由圖11可知,摻雜G1、G2、G3、G4的鋁電極的附著力均有提高,其中摻雜G3對鋁電極附著力提高最明顯。此外,隨著所摻雜的碳納米管和石墨烯含量的增加,鋁電極與ZnO基體附著力降低;隨著所摻雜的納米銀和銀包銅粉含量的增加,鋁電極與ZnO基體附著力升高。分析可知:燒結(jié)時,碳納米管和石墨烯大多保持本相,阻滯了玻璃的流動,且部分基體潤濕度不夠,燒結(jié)后膜層與基體間存在細小空隙,因此降低了鋁電極與ZnO基體的結(jié)合力0920。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性,同時其長徑比較大,很適合用作復(fù)合材料的導(dǎo)電填料。碳納米管是由石墨片按一定螺旋角度繞中軸線卷曲而成的管狀物,其碳原子主要呈六邊形排列,以sp2(一個s軌道,2個p軌道)雜化為主,且含有一定量的 sp3雜化,斷裂的碳納米管填充在鋁粉顆粒之間形成搭橋現(xiàn)象。同時,碳骨架的構(gòu)成也使材料具有良好的強度、各向同性以及抗疲勞性,極大限度地提升了復(fù)合材料的性能。石墨烯摻雜到漿料中,一部分較小的石墨烯顆粒會分布在鋁粉表面或填充在鋁粉間隙，增加導(dǎo)電顆粒之間的連接,形成導(dǎo)電通道。較大的石墨烯顆粒則會在鋁粉顆粒之間形成搭橋,從而大幅提高電子漿料的導(dǎo)電性能。納米銀和銀包鋁粉在燒結(jié)時可以熔化,熔化后的銀填充到鋁粉顆粒之間,部分下沉到ZnO基體表面,在燒結(jié)時鋁粉及銀粉在玻璃液潤濕和毛細作用下連接、拉緊和固定,冷卻凝固后產(chǎn)生的附著力使整個鋁電極與ZnO基體粘結(jié)在一起,因此鋁電極的附著力較好。
