一种低温烧结用纳米锡颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低温烧结用纳米锡颗粒及其制备方法，包括S1：将锡基前驱体和表面活性剂Phen溶入溶剂中，搅拌；S2：在S1所得溶液中加入还原剂并搅拌，引发化学还原反应；S3：对S2所得溶液进行离心分离，得到纳米锡颗粒；S4：将S3分离出的纳米锡颗粒反复超声、离心清洗；S5：将S4中所得纳米锡进行干燥处理或在有机溶剂中沉降，得到纳米锡颗粒。本发明专利技术采用本身熔点、成本更低的锡基材料以及低分解温度的表面活性剂制备具有高表面活性的纳米级颗粒，简化烧结工艺，大大降低了材料成本以及烧结温度，在150~200 ℃条件下即可形成致密的烧结体，尤其适合应用于低温烧结及电子封装领域作为可印刷导电材料或热界面材料。

A nano tin particle for low temperature sintering and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低温烧结用纳米锡颗粒及其制备方法
本专利技术涉及锡粉，具体涉及一种低温烧结用纳米锡颗粒的制备方法。
技术介绍
在纳米尺度下，金属粒子的熔点将随着粒子尺寸的减小而降低，因而纳米金属材料在低温烧结和电子封装领域表现出了巨大的应用前景，所占的比重越来越大。其中，研究和应用最多的纳米金属材料是纳米银材料，但是由于现有银浆的烧结温度过高（200~350℃）且价格昂贵，其大规模应用受到了极大的限制，而低成本低熔点的纳米锡颗粒则显现出更大的潜力。目前，市场上的纳米锡颗粒的制备一般采用激光束加热法或基于聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的液相化学还原法。由于低温烧结性能与颗粒的表面结构紧密相关，上述方法制得的纳米锡颗粒存在如下问题：一、激光束加热法所得纳米锡颗粒极易发生氧化，而液相化学还原过程中纳米锡颗粒会被表面活性剂包覆，使得所得纳米锡颗粒表面形成高熔点的PVP包覆层（各种分子量的分解温度均在400℃左右）或氧化层（熔点1080~1630℃），这些高熔点结构在烧结过程中会阻碍锡原子（颗粒）的迁移与结合，导致烧结体的致密度和可靠性严重降低；二，通过酸洗、氢气还原、等离子灰化处理等可减小氧化层和PVP包覆层的影响，但会造成烧结工艺复杂、成本高、耗时长且所得烧结体的电阻率非常高（2900µΩ·cm）。因此，为了完成低温烧结，并简化工艺，就必须对纳米锡颗粒的制备技术进行优化。
技术实现思路
要解决的技术问题：本专利技术的目的是提供一种低温烧结用纳米锡颗粒及其制备方法，旨在解决传统低温烧结成本高、工艺复杂的问题。技术方案：一种低温烧结用纳米锡颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1：将锡基前驱体和表面活性剂邻菲罗啉（Phen）溶入溶剂中搅拌,形成前驱体溶液，其中所述溶剂为二甘醇、聚乙二醇、无水乙醇或无水甲醇中的一种或几种的组合；S2：在步骤S1所得溶液中加入还原剂并搅拌，引发化学还原反应，其中所述还原剂为硼氢化钠、氢化钠及水合肼中的一种或者几种的组合；S3：对步骤S2所得溶液进行离心，去除上层混合溶液，下层为沉淀的纳米锡颗粒，分离出纳米锡颗粒；S4：将乙醇加入步骤S3分离出的纳米锡颗粒反复超声、离心清洗至去除杂质离子和残留表面活性剂；S5：将步骤S4中所得纳米锡进行干燥处理或在有机溶剂中沉降，得到最终的高活性纳米锡颗粒。进一步的，所述步骤S1中锡基前驱体为辛酸亚锡或硫酸亚锡。进一步的，所述步骤S1中锡基前驱体的浓度为0.002~0.1g/ml，所述表面活性剂Phen的浓度为0.01~0.15g/ml。进一步的，所述步骤S2中还原剂加入至步骤S1中，最终的浓度为0.001~0.1g/ml。进一步的，所述步骤S2中还原剂的加入方式为溶入与S1相同的溶剂后再缓慢滴加，加入速度为0.5~6ml/min，或将硼氢化钠或氢化钠粉末或水合肼液体直接分多批次加入，每次加入的质量为0.0001~0.01g/ml。进一步的，所述步骤S5中干燥处理方法为低真空加热，加热温度为60℃，保温时间为3~5小时。进一步的，所述步骤S5中在有机溶剂中沉降，其有机溶剂为无水乙醇、丙三醇和乙二醇中的一种或多种的组合物。进一步的，所述步骤S5中高活性纳米锡颗粒的平均粒径为30-50mm。如上述权利要求任一项所述的制备方法制备的一种低温烧结用纳米锡颗粒。有益效果：本专利技术采用本身熔点、成本更低的锡基材料以及分解温度较低的表面活性剂Phen制备具有高表面活性的纳米级颗粒，简化了烧结工艺，大大降低了材料成本以及烧结时所需的外部驱动力（烧结温度），这种纳米锡颗粒在150~200℃低温条件下加热即可形成致密的烧结体，且烧结后的材料具有较好的导热率、导电率和可靠性，尤其适合应用于低温烧结及电子封装领域作为可印刷导电材料或热界面材料。具体实施方式实施例1一种低温烧结用纳米锡颗粒，其制备方法如下：（1）将0.0075g/ml的硫酸亚锡和0.02g/ml的Phen添加到无水甲醇中，用电磁搅拌器强烈搅拌1小时，形成均匀的前驱体溶液；（2）将氢化钠分多次加入前驱体溶液，每次加入质量为0.0004g/ml并控制还原剂在前驱体溶液中的最终浓度为0.002g/ml，之后在室温条件下电磁搅拌1.5小时，使反应物混合均匀并充分进行化学还原反应；（3）待反应结束后，将所得溶液在4000rpm的转速条件下离心4分钟，去除上层混合溶液，得到沉淀的纳米锡颗粒；（4）将纳米锡颗粒重新溶于无水乙醇，并进行超声分散得到纳米锡溶剂，再次离心清洗，此过程重复4次以去除杂质离子和残留试剂；（5）将清洗后的纳米锡颗粒在低真空烘箱中60℃条件下干燥3小时，得到纳米锡颗粒成品。测试结果表明，所得纳米锡颗粒成品的平均粒径为50nm，尺寸分布区间在23nm到85nm，能够满足喷墨印刷对于纳米颗粒粒径的要求。烧结应用时，只需进行表面去氧化处理并将其与相应的助焊剂混合，即可在200℃空气条件下直接烧结。实施例2一种低温烧结用纳米锡颗粒，其制备方法如下：（1）将0.025g/ml的硫酸亚锡和0.05g/ml的Phen添加到聚乙二醇中，电磁搅拌1.5小时，形成均匀的前驱体溶液；（2）将硼氢化钠粉末分多次加入前驱体溶液，每次加入质量为0.0025g/ml并控制还原剂在前驱体溶液中的最终浓度为0.03g/ml，在室温条件下电磁搅拌1.5小时，进行化学还原反应；（3）反应结束后，将所得溶液在5000rpm的转速条件下离心4分钟，去除上层混合溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒重新溶于无水乙醇，并重复超声分散、离心清洗四次；（4）将清洗后的纳米锡颗粒保存在无水乙醇溶液中，得到纳米锡成品。测试结果表明，同实施例1相比，区别在于该纳米锡颗粒无需进行去氧化处理，在离心沉淀后直接与助焊剂混合，即可进行烧结。实施例3一种低温烧结用纳米锡颗粒，其制备方法如下：（1）将0.002g/ml的硫酸亚锡和0.01g/ml的Phen添加到二甘醇中，电磁搅拌1.5小时，形成均匀的前驱体溶液；（2）将硼氢化钠粉末溶于二甘醇中制备浓度为0.5g/ml的还原剂，再以0.5ml/min的滴加速度连续的加入前驱体溶液，还原剂在前驱体溶液中的最终浓度为0.001g/ml，随后在室温条件下电磁搅拌1.5小时进行反应；（3）反应结束后，将所得溶液在4000rpm的转速条件下离心2分钟，去除上层混合溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒重新溶于无水乙醇，并重复机械搅拌、离心清洗四次；（4）将清洗后的纳米锡颗粒保存在质量比为3:1的乙二醇和乙醇混合溶液中，得到纳米锡成品。测试结果表明，所得纳米锡颗粒的平均粒度和粒度范围最小，平均粒径为30nm，在直接溶入混合有机溶液和助焊剂后，可在150℃条件下低温烧结形成致密的烧结体，且烧结体具有更低的电阻率和更高的导热率。实施例4一种低温烧结用纳米锡颗粒，其制备方法如下：（1）将0.008g/ml的硫酸亚锡和0.025g/ml的Phen添加到二甘醇中，机械搅拌2小时，形成均匀的前驱体溶液；（2）将水合肼滴入前驱体溶液，滴入速率为1g/min并控制还原剂在前驱体溶液中的最终浓度为0.0015g/ml，在室温条件下机械搅拌2小时进行反应；（3）反应结束后，将所得溶液在4000rpm的转速条件下离心3分钟，去除上层混合溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒重新溶于无水乙醇，并重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结用纳米锡颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将锡基前驱体和表面活性剂邻菲罗啉（Phen）溶入溶剂中搅拌,形成前驱体溶液，其中所述溶剂为二甘醇、聚乙二醇、无水乙醇或无水甲醇中的一种或几种的组合；S2：在步骤S1所得溶液中加入还原剂并搅拌，引发化学还原反应，其中所述还原剂为硼氢化钠、氢化钠及水合肼中的一种或者几种的组合；S3：对步骤S2所得溶液进行离心，去除上层混合溶液，下层为沉淀的纳米锡颗粒，分离出纳米锡颗粒；S4：将乙醇加入步骤S3分离出的纳米锡颗粒反复超声、离心清洗至去除杂质离子和残留表面活性剂；S5：将步骤S4中所得纳米锡进行干燥处理或在有机溶剂中沉降，得到最终的高活性纳米锡颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结用纳米锡颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将锡基前驱体和表面活性剂邻菲罗啉（Phen）溶入溶剂中搅拌,形成前驱体溶液，其中所述溶剂为二甘醇、聚乙二醇、无水乙醇或无水甲醇中的一种或几种的组合；S2：在步骤S1所得溶液中加入还原剂并搅拌，引发化学还原反应，其中所述还原剂为硼氢化钠、氢化钠及水合肼中的一种或者几种的组合；S3：对步骤S2所得溶液进行离心，去除上层混合溶液，下层为沉淀的纳米锡颗粒，分离出纳米锡颗粒；S4：将乙醇加入步骤S3分离出的纳米锡颗粒反复超声、离心清洗至去除杂质离子和残留表面活性剂；S5：将步骤S4中所得纳米锡进行干燥处理或在有机溶剂中沉降，得到最终的高活性纳米锡颗粒。2.根据权利要求1所述的一种低温烧结用纳米锡颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中锡基前驱体为辛酸亚锡或硫酸亚锡。3.根据权利要求1所述的一种低温烧结用纳米锡颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中锡基前驱体的浓度为0.002~0.1g/ml，所述表面活性剂Phen的浓度为0.01~0.15g/ml。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝温泊，胡博，马鑫，李明雨，
申请(专利权)人：苏州汉尔信电子科技有限公司，哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：江苏,32